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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA SANITÁRIA
JOYCE DAIANE DE LIMA NOGUEIRA
QUALIDADE DA ÁGUA DE TELHADOS VERDES NA CIDADE DE NATAL/RN:
análise do pH, condutividade elétrica e turbidez.
NATAL, RN
2018
2
JOYCE DAIANE DE LIMA NOGUEIRA
QUALIDADE DA ÁGUA DE TELHADOS VERDES NA CIDADE DE NATAL/RN:
análise do pH, condutividade elétrica e turbidez.
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação stricto
sensu, em Engenharia Sanitária, da Universidade Federal do Rio
Grande do Norte, como requisito parcial à obtenção do título de
Mestre em Engenharia Sanitária.
Natal, 31 de agosto de 2018
BANCA EXAMINADORA
Dra. Ada Cristina Scudelari Orientadora
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Dra. Ana Cleide Bezerra Amorim Coorientadora
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Dra. Joana Darc Freire de Medeiros Examinadora Interna
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Dr. Sérgio Fernando Tavares Examinador Externo
Universidade Federal do Paraná
3
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede
Elaborado por Raimundo Muniz de Oliveira - CRB-15/429
Nogueira, Joyce Daiane de Lima.
Qualidade da água de telhados verdes na cidade de Natal/RN:
análise do pH, condutividade elétrica e turbidez / Joyce Daiane de Lima Nogueira. - 2018.
81f.: il.
Dissertação (Mestrado)-Universidade Federal do Rio Grande
do Norte, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-graduação em
Engenharia Sanitária, Natal, 2018. Orientadora: Dra. Ada Cristina Scudelari.
Coorientadora: Dra. Ana Cleide Bezerra Amorim.
1. Telhados Verdes - Dissertação. 2. Extremos de
Precipitação - Dissertação. 3. Qualidade da água - Dissertação. I. Scudelari, Ada Cristina. II. Amorim, Ana Cleide Bezerra.
III. Título.
RN/UF/BCZM CDU 628
4
“Deleita-te também no Senhor, e ele
te concederá o que deseja o teu
coração. Entrega o teu caminho ao
Senhor; confia nele, e ele tudo fará”
(Salmos 37:4-5).
5
AGRADECIMENTOS
À Deus, em primeiro lugar, pela minha vida, por mais essa etapa e por mais um sonho realizado.
À toda minha família, em especial ao meu pai Ubirajara Nicodemos de Nogueira, a minha mãe
Maria das Dores de Lima Nogueira que sempre me apoiaram e ao meu namorado Rômulo Carlos
que esteve presente durante todo o mestrado.
Ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária da Universidade Federal do Rio
Grande do Norte.
Às minhas orientadoras, por sanarem dúvidas e mostrarem o rumo a ser seguido na pesquisa,
pela paciência e compreensão.
Aos professores do PPgES, por todos os ensinamentos.
Aos colegas, amigos e laboratoristas que de alguma forma contribuíram para o desenvolvimento
deste trabalho.
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior- CAPES pelo apoio financeiro
a esse projeto de pesquisa.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq, pelo apoio ao
projeto do professor Fagner França, que patrocinou os experimentos.
6
RESUMO
Telhados verdes têm emergido como uma alternativa à minimização dos problemas causados pelo
desenvolvimento urbano. Sua estrutura traz benefícios ao meio ambiente e principalmente à
população. Pesquisas pelo mundo convergem para uma verdade sobre os telhados verdes: Eles
precisam estar adaptados ao clima de cada localidade em que for construído. Assim, através de
três diferentes configurações, esta pesquisa trata sobre a qualidade da água escoada dos módulos
de telhados verdes extensivos, compostos com materiais locais (substrato, vegetação e demais
componentes) submetidos à precipitação natural da cidade de Natal/RN. Para isso, foi realizado
um estudo sobre o clima, baseado em uma série histórica de dados de precipitação de 30 anos do
Instituto Nacional de Meteorologia – INMET e dados de 3 anos e 3 meses de um pluviógrafo da
Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN. Além da climatologia de precipitação da
cidade, foi estudado também os Eventos Extremos de Precipitação (EEP), utilizando a técnica
estatística dos quantis, e a qualidade da água da chuva, representada por três parâmetros: potencial
hidrogeniônico (pH), condutividade elétrica (CE) e turbidez (Turb). Estes mesmos parâmetros
foram analisados a partir da água escoada dos telhados verdes e comparados aos dados obtidos a
partir da água da chuva numa superfície impermeável. O período chuvoso para Natal/RN
concentra-se de março a julho e chove em média 1000 mm neste período. Junho é o mês com maior
volume de chuva, embora no ano de 2017, julho teve maior precipitação. O valor do limiar para
um EEP diário considerado neste estudo é de 42,8 mm. Durante o período de abril de 2014 a julho
de 2017, Natal/RN registrou 27 EEP. A intensidade máxima foi de 35,05 mm/h e foi necessária
pelo menos 2 horas para uma precipitação atingir o valor extremo. A maioria dos EEP de Natal/RN
demoram 6 horas para atingirem o limiar. A consequência mais frequente desses tipos de
precipitação são alagamentos pela cidade. Em relação à qualidade da água de chuva, os parâmetros
não se alteraram no intervalo dez anos atrás e quando comparados aos parâmetros da água do
telhado verde, nota-se claramente que o substrato de solo utilizado é o maior responsável pela
alteração dos parâmetros. Um fato interessante sobre os módulos utilizados é que os vegetados não
necessitaram de rega durante o período chuvoso.
Palavras chaves: Telhados Verdes, Período chuvoso, Extremos de Precipitação, Qualidade da
água.
7
ABSTRACT
Green roofs have emerged as an alternative to the minimization of the problems caused by urban
development. Its structure brings benefits to the environment and especially to the population.
Researches around the world converge on a truth about green roofs: They need to be adapted to
the weather of each location in which they are built. Thus, through three different models, this
research deals with the quality of the water drained of extensive green roof modules, composed of
local materials (substrate, vegetation and other components) and subjected to the natural
occurrences of precipitation in the city of Natal / RN, which is representing other Brazilian cities
with a humid coastal climate. For this, a study was carried out on the climate of the city and the
rainy season, based on a historical series of 30-year precipitation data from National Institute of
Meteorology (INMET) and data of 3 years and 3 months of a pluviograph of the Federal University
of Rio Grande do Norte, UFRN (the pluviograph was called PUFRN). In addition to the
climatology of precipitation of the city, Extreme Events of Precipitation (EEP) were also studied,
using a statistical technique of quantiles, and rainfall quality, represented by three parameters:
potential of Hydrogen (pH), electrical conductivity (EC) and turbidity (Turb). These same
parameters were analysed for the water drained of a green roof and compared to the ones obtained
from the rainfall water on an impermeable surface. As result of the climatological study, it is
observed that the rainy season for Natal/RN is concentrated from March to July and, in average, it
rains 1000 mm in this period. June is the month with the highest volume of rain, although in the
year 2017, it rained more in July. The threshold value for a daily EEP is 42.8 mm. During the
period of April 2014 to July 2017, Natal/RN registered 27 EEP. The maximum intensity was 35.05
mm/h and it was necessary at least 2 hours for a precipitation become extreme. Most EEPs in
Natal/RN take 6 hours to occur. The most frequent consequence of this type of occurrence are
floods around the city. Regarding the quality of rainwater, for the last 10 years the parameters are
the same and when compared to the parameters of the green roof water, it is noticed that the soil
substrate is the major responsible for changing the parameters. An interesting fact about the
modules used is that the ones with vegetation do not require watering during the rainy season.
Keywords: Green Roofs, Rainy Season, Extreme Events of Precipitation, Rainwater Quality,
Water quality of green roofs.
8
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................ 12
2 ÁREA DE ESTUDO ................................................................................................................. 16
2.1 Localização e características da área de estudo ............................................................. 16
2.2 Clima de Natal/RN ............................................................................................................ 17
2.3 Precipitação de Natal/RN ................................................................................................. 18
3 REVISÃO DE LITERATURA ............................................................................................... 19
3.1 Telhados Verdes ................................................................................................................ 19
3.1.1. Aspectos Estruturais ....................................................................................... 22
3.1.2 Qualidade da água dos telhados verdes ........................................................... 25
3.1.2.1 Potencial Hidrogeniônico (pH) .......................................................................... 25
3.1.2.2 Condutividade elétrica (CE) ............................................................................... 26
3.1.2.3 Turbidez (Turb) ................................................................................................... 26
3.2 Capacidade de retenção .................................................................................................... 27
3.3 Qualidade da água de chuva de Natal/RN ...................................................................... 27
3.4 Eventos Extremos de Precipitação ................................................................................. 28
3.5 Quantidade de água necessária para manutenção do telhado verde .......................... 31
4 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................................... 35
4.1 Precipitação .......................................................................................................................36
4.1.1 INMET ....................................................................................................................... 37
4.1.2 Coleta de dados do INMET ........................................................................................ 38
4.1.3 PUFRN ....................................................................................................................... 38
4.1.4 Limiar do EEP ............................................................................................................ 39
4.1.5 Validação dos dados do PUFRN ................................................................................ 40
4.1.6 Identificação e Intensidade dos EEP ........................................................................... 41
4.2 Qualidade da água dos telhados verdes .......................................................................... 42
4.2.1 Montagem dos módulos .............................................................................................. 42
4.2.2 Estruturação dos telhados verdes experimentais ........................................................ 43
4.2.3 Parâmetros .................................................................................................................. 45
4.2.4 Coleta de dados ........................................................................................................... 45
4.2.5 Análises estatísticas .................................................................................................... 46
4.2.5.1 Análise de Variância ....................................................................................... 46
9
4.2.5.2 Teste de Tukey (HSD) ..................................................................................... 48
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ........................................................................................... 49
5.1 Precipitação .....................................................................................................................49
5.1.1 Validação dos dados do PUFRN .............................................................................. 49
5.1.2 Eventos de Extremos de Precipitação Diários ..........................................................50
5.1.3 Intensidade dos EEP ................................................................................................ 51
5.1.4 Ciclo diário para o EEP ........................................................................................... 53
5.2 Qualidade da água de chuva ........................................................................................ 54
5.2.1 pH ............................................................................................................................. 55
5.2.2 Turbidez ................................................................................................................... 55
5.2.3 Condutividade Elétrica ............................................................................................ 55
5.2.4 Análises estatísticas ................................................................................................. 56
5.3 Qualidade da água dos telhados verdes ........................................................................ 56
5.3.1 pH ............................................................................................................................. 57
5.3.2 Condutividade Elétrica ............................................................................................ 60
5.3.3 Turbidez ................................................................................................................... 61
5.4 Sobrevida .........................................................................................................................63
6 CONCLUSÃO .......................................................................................................................... 69
REFERÊNCIAS .......................................................................................................................... 70
10
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1.1 - Telhado verde da Universidade de Nanyang, Singapura ....................................... 12
Figura 1.1.2 - Telhado verde do Palácio Gustavo Capanema, Rio de Janeiro .............................. 13
Figura 2.1 - Localização da cidade de Natal/RN ........................................................................... 16
Figura 2.2 - Classificação climática para o Brasil, segundo os critérios de KÖPPEN (1936) ..... 17
Figura 2.3 – Climatologia de precipitação mensal para a cidade de Natal/RN ............................ 18
Figura 3.1 - Configuração de um telhado verde ........................................................................... 19
Figura 3.2 – Distribuição dos estudos efetivos identificados nos tópicos da revisão sistemática da
literatura desenvolvida .................................................................................................................. 22
Figura 4.1.1 - Fluxograma da metodologia do trabalho ............................................................... 35
Figura 4.1.2 - Localização dos Pluviógrafos do INMET e PUFRN .............................................. 37
Figura 4.2.1 - Configurações dos módulos experimentais dos telhados verdes ........................... 43
Figura 4.2.2 - Módulos experimentais .......................................................................................... 44
Figura 5.1.1 - Precipitação mensal acumulada de Natal/RN durante o ano de 2017. ................... 50
Figura 5.1.2 – Precipitações máximas diárias registradas entre 1986 a 2016 .............................. 51
Figura 5.1.3 – Tempo de ocorrências dos EEP ............................................................................. 53
Figura 5.1.4 - Taxa horária de precipitação dos 27 EEP registrados no PUFRN: a) ciclo diário e
b) ciclo mensal. A unidade é mm/hora ......................................................................................... 54
Figura 5.3.1 - Resultados do pH ................................................................................................... 59
Figura 5.3.2 - Resultados da Condutividade Elétrica ................................................................... 59
Figura 5.3.3 - Resultados da Turbidez .......................................................................................... 63
Figura 5.4.1 - Comparação entre o volume de chuva precipitado e o volume de rega dos telhados
verdes, por mês ......................................................................................................... 64
Figura 5.4.2 - Sobrevida dos telhados verdes ................................................................................68
11
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1.1 – Leis Brasileiras sobre Telhados Verdes ................................................................ 20
Tabela 3.1.2 – Leis Internacionais sobre Telhados Verdes .......................................................... 20
Tabela 3.4.1 – Técnica dos quantis aplicada aos EEP .................................................................. 29
Tabela 3.4.2 – Resumo do Cálculo de uso consuntivo mensal ..................................................... 33
Tabela 3.4.3 – Balanço Hídrico da Cobertura Verde em Natal/RN ............................................. 34
Tabela 4.2.1 - Ensaios de laboratórios .......................................................................................... 45
Tabela 4.2.2 – Análise de variância dos módulos por parâmetro ................................................. 47
Tabela 5.1.1 - EEP registrados de 2014 a 2017 ............................................................................. 52
Tabela 5.2.1 - Comparação de valores .......................................................................................... 55
Tabela 5.2.2 - Teste T ....................................................................................................................56
Tabela 5.3.1 - Resultado da ANOVA ........................................................................................... 56
Tabela 5.3.2 - Valores de pH medidos nos quatro módulos ......................................................... 57
Tabela 5.3.3 - Teste de Tukey HSD pareado para o pH ............................................................... 57
Tabela 5.3.4 - Valores de condutividade elétrica medidos nos quatro módulos .......................... 60
Tabela 5.3.5 - Valores de turbidez medidos nos quatros módulos ............................................... 62
12
1 INTRODUÇÃO
Os telhados verdes são dispositivos amplamente utilizados nas cidades para o combate a
enchentes e minimização de agentes poluidores da água. Isto ocorre, pois em sua composição
existe uma camada de substrato de solo e de vegetação, o que capacita os telhados verdes a
armazenar água da chuva e altera as características químicas da água inicial, devido ao contato
com partículas do substrato (BERNDTSSON, 2010). No ciclo hidrológico, os telhados verdes
atuam na fase de interceptação e evapotranspiração, à medida que interceptam e retém a água de
chuva, aumentam o tempo para a água chegar às estruturas de infiltração, permitindo que o solo
absorva a água sem sobrecarrega-lo, e devolvem parte dela por meio da evapotranspiração das
plantas em sua superfície (RIGHETTO et al, 2009). Tal mecanismo faz com que os telhados verdes
proporcionem outros benefícios ao meio ambiente, como minimização da poluição do ar, conforto
térmico, habitat para pequenos animais, conforto acústico, etc. (BERARDI et al, 2014).
Nas últimas décadas, o uso de telhados verdes se difundiu pelo mundo, tanto em
pequenas quanto grandes edificações. Como exemplo, pode-se citar a Escola de Artes, Design e
Mídia da Universidade de Nanyang, em Singapura (Figura 1.1) e o Palácio Gustavo Capanema,
sede do Ministério da Educação e Saúde, no Rio de Janeiro, Brasil (Figura 1.2).
Figura 1.1.1. Telhado verde da Universidade de Nanyang, Singapura.
Fonte: (ONB, 2016)
13
Figura 1.1.2. Telhado verde do Palácio Gustavo Capanema, Rio de Janeiro.
Fonte: (Ramirez, 2012)
O uso de telhados verdes tem sido estudado em muitos países. Segundo Blank et al,
(2013), o ritmo e o número de publicações no campo dos telhados verdes aumentaram
significativamente em comparação com o início dos anos 2000. Os autores ainda destacam que
inicialmente, as pesquisas concentraram-se em avaliar e melhorar os benefícios dos telhados
verdes, como uma maior capacidade de retenção de água, menor consumo de energia na edificação,
menor necessidade de rega, etc. (VIJAYARAGHAVAN, 2016). Recentemente entendeu-se que
diferentes condições climáticas e características de construção podem interferir de forma
significativa no desempenho dos telhados verdes, o que demanda que cada localidade tenha um
estudo específico para determinar quais são as melhores combinações dos elementos citados.
Blank et al, (2013) realizaram uma pesquisa sobre a quantidade de publicações sobre os
telhados verdes no ISI Web of Science e identificaram que os EUA contribuíram com 34% do total
de publicações em telhados verdes, onde os países da União Europeia e da Ásia contribuíram com
33% e 20%, respectivamente, restando apenas 13% das pesquisas entre os países da Oceania e
América do Sul. Algumas formas de incentivo à utilização desse tipo de tecnologia encontrada são
leis que obrigam a construção dos telhados verdes (RANGEL et al, 2015). Os telhados verdes
estão, assim, emergindo como estratégias práticas para melhorar a qualidade ambiental das
cidades. No entanto, os impactos dos telhados verdes na qualidade da
14
água de chuva demandam estudos para que os planejadores das cidades possam utilizar dessa
tecnologia em suas políticas (VIJAYARAGHAVAN et al, 2012).
A chuva apresenta parâmetros químicos e físicos característicos de acordo com a
atmosfera na qual ela se forma. Ao transpassar os telhados verdes, os seus parâmetros podem ser
alterados. Em relação à água escoada dos telhados verdes, Berndtsson (2010) afirma que os
pesquisadores se dividem em duas vertentes: a primeira é de que só o substrato do solo influencia
na alteração dos parâmetros. A segunda é de que a vegetação também altera os parâmetros. Para
Melo e Andrade Neto (2007), dentre todos os parâmetros que a água de chuva possui, três são
representativos dos demais: o potencial hidrogeniônico (pH), a condutividade elétrica (CE) e a
turbidez (turb.). O pH representa a concentração de íons hidrogênio H+, indicando sobre a
condição de acidez, neutralidade ou alcalinidade da água. A faixa de pH é de 0 a 14 (VON
SPERLING, 2017). A turbidez representa o grau de interferência com a passagem de luz através
da água, conferindo uma aparência turva à mesma. Ela é causada pela presença de sólidos em
suspensão, podendo ser de origem natural ou antropogênica. Os sólidos em suspensão podem
servir de abrigo para microrganismos patogênicos e nos corpos hídricos, prejudicar a fotossíntese
(VON SPERLING, 2017). A condutividade elétrica da chuva, ao expressar a concentração de sais
dissolvidos, pode servir como uma opção para o levantamento de poluição atmosférica (PEREIRA
E MARTINS, 2011).
A precipitação na hidrologia é entendida como toda água proveniente do meio
atmosférico que atinge a superfície da Terra (TUCCI, 2015). A disponibilidade da precipitação
durante o ano é o fator determinante para quantificar, entre outros, a necessidade de água para
abastecimento doméstico e industrial, e a determinação da sua intensidade é importante para o
controle de alagamentos e inundações. Para tal controle, algumas características da precipitação
devem ser conhecidas como seu total, duração e distribuições espacial e temporal (TUCCI, 2015).
No Brasil, quando não se pode conhecer a intensidade das precipitações, faz-se o uso das Curvas
de Intensidade – Duração – Frequência (curvas IDF), elaboradas por Pfafstetter (1957).
Sobre o Nordeste Brasileiro (NEB), Santo e Silva (2016) destacam que a influência de
vários fenômenos atmosféricos no ciclo hidrológico, tais como Zona de Convergência Intertropical
(ZCIT), Distúrbios Ondulatórios do Leste (DOL), Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS),
entre outros. Por causa disto, o NEB apresenta alta variedade de climas que abrange desde regiões
semiáridas, com precipitação anual acumulada inferior a 500 mm, até climas chuvosos nas regiões
costeiras, que apresentam precipitação anual superior a 1.500mm (ALVARES et al, 2013). Os
regimes de chuvas do NEB apresentam-se de forma heterogênea tanto na escala espacial quanto
no temporal (OLIVEIRA et al, 2014).
15
Em termos meteorológicos, Eventos Extremos de Precipitação (EEP) são grandes desvios
de um estado climático moderado que ocorrem em escalas que podem variar desde dias até
milênios (MARENGO, 2010). Para as atividades humanas, os eventos extremos de precipitação
em curto e em médio prazo são mais significativos, devido a seu potencial de causar desastres,
como inundações e deslizamentos, geram prejuízos e transtornos para sociedade (HANH, 2017).
Gonçalves (2013) afirma que a dinâmica atmosférica segue um ritmo composto por eventos usuais
e eventos extremos (anômalos ou excepcionais). Os eventos usuais são facilmente absorvidos pela
sociedade, pois ocorrem com maior frequência e não se afastam significativamente das normais
climatológicas. Já os EEP, por exemplo, são aqueles em que os totais em certo período apresentam
desvios de chuva superiores ou inferiores ao comportamento habitual da área no período analisado.
No litoral, as chuvas intensas causam transtornos à população, enquanto que no interior, a seca
retarda o desenvolvimento agrícola e criação de animais (DUARTE et al, 2015).
Especificamente, em Natal/RN, a cidade é assolada por problemas de inundações e
alagamentos, sempre que chuvas intensas ocorrem (RIGHETTO et al, 2009). Os telhados verdes
podem atenuar a quantidade do volume de precipitação, promovendo um atraso no escoamento da
precipitação, evitando inundações e alagamentos. Rocha e Studart (2014) aplicaram a Técnica dos
Quantis para a precipitação anual de Natal/RN e verificaram que há uma tendência à ocorrência
de EEP Fortes e Muito Fortes, desde os anos 2000, porém, ainda não se tem pesquisas que retratem
as intensidades dos EEP quando os mesmos são diários. Assim, faz-se necessário conhecer os
períodos, a intensidade, duração e volume destes eventos de precipitação.
O objetivo deste trabalho é avaliar a aplicabilidade do telhado verde em Natal/RN
considerando a qualidade da água proveniente de três configurações de telhados verdes extensivos,
em relação aos parâmetros usuais da água de chuva: pH, Condutividade elétrica e turbidez.
Considerou também a ocorrência de eventos extremos de precipitação na região, e a suficiência
das águas pluviais para a manutenção dos telhados verdes. Para atingir esses objetivos são
estudados:
O valor em mm/h para o qual um evento de precipitação se torna extremo;
A intensidade dos eventos extremos de precipitação de Natal/RN;
Os parâmetros pH, CE e Turbidez da água da chuva e dos Telhados verdes;
A quantidade de água necessária para a sobrevivência da vegetação.
16
2 ÁREA DE ESTUDO
Este capítulo apresenta as características geográficas (localização, relevo, vegetação,
clima, urbanização, etc.) da cidade de Natal/RN. Estas características estão diretamente
relacionadas com a intensidade de precipitação e qualidade da água da chuva, estudadas nesta
pesquisa.
2.1 Localização e características da área de estudo
A cidade de Natal está situada na região NEB, mais especificamente no setor oriental do
Estado do Rio Grande do Norte, com localização entre as latitudes 50º 43’S e 50º 54’S e entre as
longitudes 350º 09’W e 350º 17’W, e altitude média de 40 metros (Figura 2.1). Suas fronteiras
são: ao norte com Extremoz, a oeste com São Gonçalo do Amarante, ao sul com Parnamirim e a
leste com o Oceano Atlântico (BARROS et al, 2013). A cidade apresenta uma área territorial de
167.264 km² e uma população de 803.739habitantes, indicando uma densidade demográfica
4.805,24 hab/km² (IBGE, 2010). Possui vestígios dos biomas de Caatinga e Mata Atlântica em sua
vegetação e seu relevo é plano com pequenas ondulações, embora contenha alguns elementos bem
definidos que diferenciam sua paisagem, como as falésias e as dunas. Se tem, ainda, a presença de
estuários, planícies de mangues, praias, terraços fluviais e vales fluviais (BARROS et al, 2013).
Figura 2.1. Localização da cidade de Natal/RN.
17
O macrozoneamento de Natal divide a cidade em três zonas: Zona de Adensamento
Básico, Zona Adensável e Zona de Proteção Ambiental. Seus imóveis são, em média, 80%
residenciais, 14% não residenciais e 6% de terrenos baldios (NATAL, 2015). O gabarito máximo
das construções para toda a cidade é de 65 m de altura, exceto nas zonas adensáveis, que pode
chegar a 90 m. A taxa de impermeabilização dos lotes é de no máximo 80% do terreno, ficando
20% de área permeável e toda água pluvial deve ser infiltrada no lote. A cobertura de sistemas de
drenagem é de 76,94 % da cidade, e 78,25% de suas ruas e avenidas são pavimentadas (NATAL,
2007).
2.2 Clima de Natal.
O clima de Natal é classificado como litorâneo úmido ou tropical úmido. Este tipo
climático se estende pelo litoral do nordeste brasileiro, de acordo com Köppen (Figura 2.2). Natal
possui uma elevada luminosidade solar, com aproximadamente três mil horas de insolação por ano
(INMET, 2018). Com temperatura média anual de 26 °C, podendo chegar a 30 °C no verão. No
inverno, a média é de 24 °C. Devido à sua localização no litoral, o efeito da maritimidade é bastante
perceptível, ocasionando em amplitudes térmicas relativamente baixas (LOPO et al., 2013). A
umidade do ar é relativamente alta durante o ano todo, com médias mensais entre 74% e 81%,
sendo a média compensada anual de 77% (SANTO E SILVA, 2016).
Figura 2.2. Classificação climática para o Brasil, critérios de KÖPPEN (1936).
Fonte: Alvares et al. (2013)
18
2.3 Precipitação de Natal/RN
As precipitações acontecem sob a forma de chuva, e o acumulado anual é superior a 1400
mm, concentrados entre os meses de março e julho (Figura 2.3). Segundo Yamazaki e Rao (1977),
a atribuição do período chuvoso intenso em meados de junho no litoral do nordeste brasileiro, são
consequências dos Distúrbios Ondulatórios de Leste (DOL) (ou Ondas de Leste) Africanos que
são sistemas atmosféricos presentes na região tropical, preferencialmente sobre áreas dos oceanos
Atlântico e Pacífico. Sobre o Atlântico são identificados, inicialmente, próximos à costa oeste do
continente africano e se propagam no fluxo dos Alísios, em forma de ondas que se deslocam de
leste para oeste. No Atlântico tropical sul, os DOL atuam, preferencialmente sobre o leste do NEB
contribuindo significativamente para os totais anuais de chuva (NEVES et al, 2016). De acordo
com a distribuição das chuvas, o declínio do período chuvoso começa em agosto, culminando em
dezembro e indo até fevereiro (Figura 2.3).
Figura 2.3. Climatologia de precipitação mensal para a cidade de Natal/RN.
Fonte: INMET, 2016.
A variabilidade da precipitação ao longo de um dia depende dos efeitos climáticos
presentes em determinado local. Lopo et al (2010) descreveram que o ciclo diário de chuvas em
Natal é caracterizado por máximos de precipitação durante a noite, característico de regiões
oceânicas e regiões costeiras. A formação de brisas terrestres no período noturno apresenta-se
como um mecanismo importante de modulação do ciclo diário de precipitação, o que concorda
com Kousky (1980), que também atribui a precipitação máxima durante a noite e início da manhã,
no litoral do NEB, aos efeitos de brisa marítima e terrestre, principalmente na estação chuvosa
(entre março e julho). Já Warner et al (2003) verificaram que a atividade convectiva
19
sobre o continente tende a gerar ondas de gravidade que se propagam na vertical e na horizontal,
principalmente em regiões costeiras, gerando atividade convectiva sobre os oceanos; porém, em
regiões em que o escoamento zonal é de Leste, como o caso do NEB, esses sistemas convectivos
tendem a ser deslocados, no sentido horizontal, novamente para o continente, gerando precipitação
noturna.
3 REVISÃO DE LITERATURA
3.1 Telhados verdes
Telhados verdes são basicamente telhados plantados com vegetação em cima do meio de
crescimento (substrato). O conceito foi concebido e desenvolvido para promover o crescimento de
várias formas de vegetação no topo dos edifícios por meio de benefícios estéticos, ambientais e
econômicos. Telhados verdes geralmente compreendem vários componentes (conforme ilustrado
na Figura 3.1), incluindo vegetação, substrato, tecido de filtro, material de drenagem, barreira de
raiz e isolamento. O papel desempenhado por cada componente é bem definido no sistema de
telhado verde projetado e o tipo de componente de telhado verde depende da localização geográfica
(VIJAYARAGHAVAN E JOSHI, 2015).
Figura 3.1. Configuração de um telhado verde.
Fonte: Vijayaraghavan, 2016 – adaptado.
Na última década, os telhados verdes tem sido alvo de estudos focados na identificação de
novos componentes alternativos e de baixo custo para a sua aplicação prática, inclusive, sobre
diferentes estruturações do mesmo (VIJAYARAGHAVAN, 2016). Nas décadas anteriores, as
pesquisas focavam conhecer e quantificar os benefícios fornecidos pelos telhados verdes
(BERNDTSSON, 2010; VIJAYARAGHAVAN, 2016). Estes dispositivos vêm sendo muito
20
utilizados no Brasil e no mundo, como instrumentos sustentáveis e benéficos ao meio ambiente,
passando inclusive a ser considerado na forma de legislação e normas de diversos países. No Brasil
e em países como Alemanha, Áustria, Suíça, EUA, Noruega, Hungria, Suécia, Reino Unido, Itália
e Canadá, há leis de obrigatoriedade e incentivo financeiro, para a adoção de telhados verdes
(Recife, 2015; São Paulo, 2015; Paraíba 2013; e Rio de Janeiro, 2012; Brasil 2015) (RANGEL et
al, 2015).
Tabela 3.1.1 - Leis brasileiras sobre telhados verdes
Lei Data Local Jurisdição Introdução
LEI Nº 6.349 30 de novembro de 2012 Rio de Janeiro Estadual Dispõe sobre a obrigatoriedade da instalação do “Telhado Verde”
nos locais que especifica, e dá outras providências.
LEI Nº 10.047 09 de julho de 2013 Paraíba Estadual Dispõe sobre a obrigatoriedade da instalação do “Telhado Verde”
nos locais que especifica, e dá outras providências.
Lei Nº 18.112
12 de janeiro de 2015
Recife
Municipal
Dispõe sobre a melhoria da qualidade ambiental das edificações
por meio da obrigatoriedade de instalação do "telhado verde", e
construção de reservatórios de acúmulo ou de retardo do
LEI Nº 16.277 5 de outubro de 2015 São Paulo Municipal Dispõe sobre a obrigatoriedade da instalação do “Telhado Verde”
nos locais que especifica, e dá outras providências.
Fonte: Rangel et al. 2015 – adaptado.
Tabela 3.1.2 - Leis internacionais sobre telhados verdes.
Local País Descrição
Copenhagen
Dinamarca
Copenhagen estabeleceu metas para ser neutra em carbono até 2050 e vê os telhados verdes como uma
ferramenta chave para atingir esta meta. Todos os novos telhados com menos de 30 graus de inclinação
necessitam ter telhados verdes.
-
Alemanha
Primeiro país a desenvolver padrões nacionais de telhado verde na década de 1970. Sua implantação
recebe o apoio nos níveis nacional, regional e local. Mais de 80 cidades alemãs oferecem programas de
incentivo de telhado verde. Cerca de 100 mil hectares (mais de 15% de todo o território alemão) possuem
telhados verdes.
Líncia
Áustria
O rápido processo de urbanização no final dos anos 70 levou a uma perda de espaço aberto e problemas
de qualidade do ar. As políticas introduzidas na cidade em 1985 levaram à instalação de um número
significativo de telhados verdes. Atualmente, esta cidade possui mais de 15% de todos os telhados
como telhados verdes.
Toronto
Canadá
Apoia a implantação de telhados verdes com orientações técnicas, oficinas, locais de demonstração,
auxílios e subvenções. Em 2009, a Câmara Municipal de Toronto tornou a política de telhados verdes
obrigatória por lei para todos os empreendimentos com mais de 2.000 m². Antes da referida lei, Toronto
tinha cerca de 36 mil m² de telhados verdes. Nos poucos anos desde que a lei municipal foi introduzida,
mais de 170 mil m² de telhados verdes são planejados ou estão em fase de construção.
Nova Iorque
EUA
Na porção sudoeste do Município de Nova Iorque (South Bronx) foram registradas taxas de asma sete
vezes maiores que as médias nacionais, em razão da produção local de diesel. A cidade fundou um
projeto de demonstração de telhados verdes financiado a baixos juros e empréstimos rotativos para
apoiar a política de telhados verdes.
Fonte: Rangel et al. 2015 – adaptado.
Esse uso se dá em função dos inúmeros benefícios dos mesmos, os quais se destacam a
retenção de águas pluviais, o conforto térmico, a minimização dos efeitos das ilhas de calor urbano,
a minimização da poluição sonora e da poluição do ar, o fornecimento de mais áreas verdes nos
centros urbanos, aporte de valor comercial a construção, o fornecimento de habitats
21
para pequenos animais e insetos, a minimização no consumo de energia, além do conforto
paisagístico e áreas de lazer (VIJAYARAGHAVAN 2016; BERARDI et al, 2014;
BERNDTSSON 2010). Além destes benefícios, estudos mostram a influência que o clima,
vegetação, substrato e configurações construtivas exercem na eficiência hidrológica dos telhados
verdes. Conforme ilustrado em Berndtsson (2010), Wolf e Lundholm (2008) e Dunnett et al
(2008), a eficiência do telhado verde na retenção de água, por exemplo, é mais associada ao tipo e
profundidade de substrato do que a vegetação, onde a vegetação influencia apenas nos meses mais
secos.
Sendo assim, várias linhas de pesquisas estão sendo abordadas como conforto térmico,
onde os telhados verdes favorecem a conservação de temperaturas em ambientes internos, quando
comparados a ambientes externos, sejam em altas e baixas temperaturas. Há ainda a contribuição
no combate as ilhas de calor urbano, por propiciar mais espaços verdes nas cidades (ARABI et al.
2015; LA ROCHE E BERARDI, 2014; JIM, 2014). Na retenção de água, onde alguns estudos
comprovaram a retenção de cerca de 43% da chuva e aumento no tempo início do escoamento,
ganhando destaque cidades de climas quente e seco (SIMS et al., 2016; LEE et al, 2015;
GREGOIRE E CLAUSEN, 2011); na qualidade da água, que depende do tipo de substrato e
plantas utilizadas (CARPENTER et al, 2016; VIJAYARAGHAVAN E JOSHI, 2015; MORGAN
et al, 2013); na vegetação, que absorve água e nutrientes, aumentando a retenção de água e
melhorando a qualidade dos parâmetros da água, além de fornecer conforto estético e habitat para
pequenas espécies de animais (NAGASE E DUNNETT, 2012; COOK-PATTON E BAUERLE,
2012; VAN MANCHELE et al, 2015); no substrato, camada que retém a água da chuva, sustenta
a planta, além de regular a temperatura em torno do telhado verde (STOVIN et al, 2015;
NARDINI et al, 2011; VIJAYARAGHAVAN E RAJA, 2014); e no clima, que no
geral, é o fator mais significativo na eficiência do telhado verde, pois dele depende as estações
chuvosas, secas, frias e quentes, interferindo no desenvolvimento da vegetação, manutenção e
retenção de chuva (ROSLAN et al., 2016; FARRELL et al. 2012; SEMAAN E PEARCE, 2016).
No Brasil, estudos também destacam a forte dependência do padrão climático onde o
telhado verde é instalado, influenciando na qualidade da água (PARIZOTTO E LAMBERTS,
2011; CARDOSO E VECCHIA, 2013; WILKINSON E FEITOSA, 2015; FEITOSA E
WILKINSON, 2016; NOYA et al, 2017).
Bär e Tavares (2017) fizeram uma revisão bibliográfica sobre as pesquisas realizadas no
Brasil a respeito dos aspectos hidrológicos dos telhados verdes. Eles reuniram 40 trabalhos entre
dissertações, teses, artigos e monografias que se dividem entre a capacidade de armazenamento
22
de águas pluviais, atraso do escoamento pluvial, qualidade das águas escoadas, características e
composição do substrato e simulações de implementação, conforme a Figura 3.2
Figura 3.2 – Distribuição dos estudos efetivos identificados nos tópicos da revisão sistemática da
literatura desenvolvida.
Fonte: Bär e Tavares, 2017.
Bär e Tavares (2017) destacam que há uma divergência nos resultados levantados quanto
à qualidade das águas de escoamento. Para alguns estudos, essas estariam dentro de padrões
estipulados por legislação, para outros estudos apresenta-se a necessidade de tratamento antes do
reuso das mesmas. Estudos voltados para a qualidade das águas escoadas por telhados verdes é
uma linha relativamente nova de pesquisa, tanto em um cenário nacional quanto internacional.
Inúmeras variáveis externas e internas parecem afetar o desempenho qualitativo desses sistemas,
sendo necessários maiores estudos antes da efetiva disseminação dessa tecnologia construtiva.
Savi (2015) avaliou a qualidade da água escoada por coberturas verdes através dos
parâmetros de pH, nitrogênio total, nitrogênio amoniacal, fósforo total, coloração e sólidos totais.
Valores elevados de concentração de fósforo e nitrogênio foram identificados. A coloração da água
escoada apresentou tom ferroso intenso, superior aos valores máximos previstos na legislação e
superior à da água escoada por coberturas tradicionais. A quantidade de total de sólidos dissolvidos
presentes e pH ficaram dentro dos parâmetros previstos pela legislação, tanto para ambos os
telhados.
3.1.1 Aspectos Estruturais
Comumente, a construção de telhados verdes envolve quatro camadas: uma drenante, uma
de filtro que evita a perda de partículas do solo, uma de substrato do solo e uma vegetação. A
espessura e o tipo de material do substrato, e o tipo de vegetação, apresentam grande variação entre
diferentes projetos, de acordo com a funcionalidade do telhado verde. A superfície onde
23
será a construção do telhado verde necessita de impermeabilização e proteção contra a penetração
das raízes (BERNDTSSON, 2010). Os telhados verdes são normalmente divididos em duas
categorias principais de engenharia: intensivos e extensivos. Os telhados verdes intensivos são
estabelecidos com camadas profundas do solo; eles podem suportar plantas e arbustos maiores e
normalmente requerem manutenção na forma de capina, adubação e irrigação. Telhados com
vegetação extensiva são estabelecidos com camadas finas de solo. Eles são plantados com plantas
menores, que na fase final são esperadas para fornecer cobertura total do telhado com vegetação.
Telhados com vegetação extensiva são mais comumente destinados a ser livre de manutenção, mas
algumas fertilizações são frequentemente recomendadas para os produtos comerciais. Telhados
com vegetação extensiva podem ser estabelecidos de várias maneiras: através de tapetes de
vegetação pré-fabricados, plantio de sementes, semeadura de sementes e vegetação autônoma
espontânea. (BERNDTSSON, 2010; VIJAYARAGHAVAN, 2016).
Os telhados verdes extensivos são caracterizados por uma fina camada de substrato e por
comportar plantas de pequeno porte, como gramíneas, arbustivas e herbáceas. O desempenho
desejado de um telhado, no entanto, deve ser equilibrado com as restrições de projeto do local,
como limites de carga da estrutura e as exigências estéticas (MORGAN et al, 2013). Há estudos
(STOVIN et al., 2015; NARDINI et al., 2012; NAGASE E DUNNETT, 2012; YOUNG et al.,
2014; VAN MECHELEN et al., 2015; BURSZTA-ADAMIAK, 2012; SOULIS et al., 2017)
comparando diretamente, entre outros fatores, as diferenças nas performances hidrológicas
(retenção e caracterização da água) dos telhados verdes extensivos em relação à presença ou não
de vegetação, a espessura e ao tipo do substrato, e por fim, a presença ou não de camada
drenante/armazenadora.
Camada impermeável: serve para impedir que a água das chuvas possa causar
infiltrações e umidade nos sistemas de telhados verdes, evitando assim a proliferação de fungos e
do mofo. Em ambientes expostos a intempéries (calor, ventos, chuva, etc.) são preferíveis materiais
impermeabilizantes flexíveis. Para aplicar esse tipo de impermeabilização são utilizadas as
membranas, que podem ser moldadas na hora, e as mantas, que são pré-fabricadas (GREGOIRE
E CLAUSEN, 2011; ALSUP et al., 2011; ZHANG et al., 2014).
Camada filtrante: deve ser concebida de tal forma que permita a retenção de partículas
do solo ao mesmo tempo em que permita a passagem de água de um meio para o outro. A retenção
está associada a problemas de erosão. O comportamento ideal de um sistema filtrante natural
caracteriza-se por um contato íntimo entre o substrato/filtro, em que o filtro mantém intacta a
estrutura do substrato, retendo suas partículas mais grossas, as quais retêm partículas
24
menores, e estas, por sua vez, retêm partículas ainda menores. Uma parte mais fina das partículas
atravessa o filtro (VERTEMATTI, 2004). O geotêxtil é um produto bidimensional permeável,
composto de fibras cortadas, filamentos contínuos, monofilamentos, laminetes ou fios, formando
estruturas tecidas, não tecidas ou tricotadas, cujas propriedades mecânicas e hidráulicas permitem
que desempenhe várias funções, inclusive, a de filtro associado ao sistema drenante
(VERTEMATTI, 2004). Os geotêxtis vêm sendo aplicados com sucesso em pesquisas com
telhados verdes (ZHANG et al., 2014; VIJAYARAGHAVAN E JOSHI, 2014;
VIJAYARAGHAVAN et al, 2012).
Substrato: Vijayaraghavan (2016) atribui oito características ao tipo de substrato ideal:
conteúdo orgânico mínimo, baixa densidade aparente, alta condutividade hidráulica, alta
capacidade de retenção de água, alta estabilidade, menor lixiviação e elevada capacidade de
sorção; boa ancoragem e suporte de grande variedade de plantas e alta porosidade. Não há na
literatura um substrato que consiga fornecer todas estas características. Em muitas pesquisas
(BERNDTSSON et al, 2009; GREGORIE E CLAUSEN, 2011; LEE et al, 2015; ROWE, 2011;
EMILSSON, 2008; VIJAYARAGHAVAN et al, 2012; BERNDTSSON, 2010; BECK et al., 2011;
BEECHAM E RAZZAGHMANESH, 2015; VIJAYARAGHAVAN E JOSHI, 2014) o
que se encontra são misturas entre vários compostos como areia, argila, estrume de vaca, turfa,
etc. Em geral, os substratos comerciais são desenvolvidos utilizando materiais que estão
disponíveis localmente e são formulados para a seleção da planta pretendida, condição climática e
nível de manutenção previsto. Por conseguinte, estes tipos de substratos não poderiam funcionar
bem em outras áreas geográficas que não são semelhantes ao país e/ou cidade de origem. Também
não é recomendado para importar meios comerciais de crescimento, pois incorre em alto custo,
bem como não é permitido em muitos países. É sempre aconselhável projetar substrato de telhado
verde usando materiais de resíduos locais que tornariam os telhados verdes mais baratos de instalar
(VIJAYARAGHAVAN et al., 2012).
Camada Vegetal: A escolha da vegetação para telhados verdes extensivos depende de
alguns fatores. O primeiro fator são as espécies, que são limitadas por causa da fina espessura do
substrato, resumindo-se a gramíneas, herbáceas, pequenos arbustos e as espécies de Sedum. O
segundo fator são as plantas serem tolerantes ao clima quente e seco, necessitando de poucas regas,
podas e fertilização. O terceiro e último fator é a disponibilidade da vegetação no local do telhado
verde e de preferência, se a vegetação é nativa (LUCKETT, 2009; NAGASE E DUNETT, 2012;
BERNDTSSON et al, 2009; VIJAYARAGHAVAN et al, 2012; COOK- PATTON E BAUERLE,
2012; NARDINI, et al., 2012; LOUZADA, 2015). A escolha da
espécie de grama Zoysia japônica se deu em função de quatro critérios: características naturais
25
da vegetação, aspecto estético, disponibilidade no mercado local e estudos científicos com
aplicação dessa cultura em telhados verdes. A referida espécie apresenta boa resistência a
condições adversas, como longa exposição à insolação e ação mecânica de pisoteio sendo,
portanto, indicada para jardins, gramados e superfícies expostas a pleno sol. Considerando a
vertente estética, a grama esmeralda apresenta cor verde-esmeralda, conferindo grande beleza ao
telhado verde. Essa espécie de grama é facilmente encontrada no mercado local, na forma de tapete
e rolo, sendo a espécie mais comercializada no Brasil (AGRABRAS, 2018).
3.1.2 Qualidade da água dos telhados verdes
Nos aspectos hidrológicos, os telhados verdes possuem dois seguimentos: aspectos
qualitativos e quantitativos. BÄR e Tavares (2017) fizeram uma revisão bibliográfica sobre as
pesquisas realizadas no Brasil a respeito dos aspectos quantitativos e qualitativos dos telhados
verdes. Eles reuniram 40 trabalhos entre dissertações, teses, artigos e monografias sobre telhados
verdes e concluíram que aqui no Brasil.
Em geral, quando se trata de qualidade da água oriunda de telhados verdes, a literatura
traz alguns parâmetros comuns a grande parte das pesquisas, como o Potencial Hidrogeniônico –
pH, Condutividade Elétrica – CE e Turbidez, (CARPENTER et al, 2016; BEECHAM E
RAZZAGHMANESH, 2015; RAZZAGHMANESH et al, 2014; MORGAN et al, 2013;
BUFFAM et al, 2016; VIJAYARAGHAVAN et al, 2012; VIJAYARAGHAVAN E JOSHI, 2014;
VIJAYARAGHAVAN E RAJA, 2014; AL-YASERI et al, 2013; TEEMUSK E
MANDER, 2011; ZHANG et al, 2014). O que diferencia uma pesquisa da outra é que algumas
acrescentam aos parâmetros já citados, a análise de metais, outras, cátions e ânions, e outras, a
série de Nitrogênio e Fósforo.
3.1.2.1 Potencial Hidrogeniônico (pH)
Os telhados verdes influenciam na qualidade do escoamento por meio do aumento do pH.
Geralmente, os valores de pH da água da chuva são entre 5 e 6, e nos telhados verdes, o pH sobe
para valores entre 7 e 8 (BLISS et al., 2009; BERNDTSSON et al, 2009; TEEMUSK E MANDER,
2007). Esta é uma função importante que contribui para diminuir o grau de acidificação dos
receptores naturais de água. Os telhados verdes estão mitigando a chuva ácida suave
(BERNDTSSON, 2010).
Buccola e Spolek (2010) estudaram que os telhados verdes mostraram potencial em
estabilizar o pH do escoamento para quase neutro. Os resultados dos testes deles mostram que a
normalização do pH fornecida por um telhado verde não depende significativamente da
profundidade do substrato ou do tipo de vegetação. Nas experiências de Vijayaraghavan e Josh
26
(2014) os módulos dos telhados verdes não conseguiram manter uma consistência na variação do
pH, especialmente durante os eventos de precipitação iniciais. Porém, o pH do escoamento foi
sempre inferior ao da água da torneira da entrada (pH 8,5) durante todos os eventos.
Morgan et al. (2013) afirmaram que o escoamento de telhados verdes não vegetados
geralmente apresentavam pH um pouco maiores do que os telhados verdes vegetados. Em geral,
os valores de pH do escoamento variaram entre 5,5 e 7,3 para os dois sistemas de cobertura.
Vijayaraghavan e Raja (2015) mostraram que os resultados de pH foram geralmente acima de 7,0
e que os valores de pH não dependem da profundidade ou tipo de substrato. Acrescentam ainda,
que este é um dos benefícios ambientais importantes dos telhados verdes: eles podem prevenir a
acidificação de sistemas de drenagem urbana e águas receptoras.
Berndtsson et al. (2009) notaram o aumento do pH durante a passagem da água da chuva
(com pH 5,0) pelos telhados verdes (pH 7,5). Indicaram a neutralização rápida das deposições
ácidas presentes na chuva. Este é um benefício ambiental caso o escoamento do telhado seja
diretamente descarregado para recipientes de água naturais.
3.1.1.2 Condutividade Elétrica (CE)
Para a condutividade e a salinidade, os telhados verdes atuam como fonte, aumentando a
concentração de íons no escoamento (VIJAYARAGHAVAN et al, 2012). Buccola e Spolek
(2010) mostraram que a profundidade do substrato e a presença ou não de vegetação, estão
diretamente relacionados com os resultados dos testes de condutividade elétrica. A CE foi menor
para os telhados verdes vegetados quando comparados aos não vegetados.
Nos estudos de Vijayaraghavan e Joshi (2014) todos os módulos de telhados verdes
aumentaram a CE dos escoamentos. Considerando a magnitude da condutividade, observou-se um
aumento de várias vezes no escoamento produzido pelos módulos do telhado verde no primeiro
evento de precipitação. Também é interessante notar que houve uma leve tendência geral em
direção à redução da condutividade no escoamento do início do período de avaliação até o fim.
Considerando que a vegetação tende a utilizar nutrientes para o crescimento e estimular outros
íons não essenciais, não é surpreendente observar menos teor de íons nos escoamentos secundários
gerados a partir de telhados vegetados.
3.1.1.3 Turbidez (Turb)
Al-Yaseri (2010) e Morgan et al (2011) descobriram que a turbidez média proporciona
resultados semelhantes e que o substrato, em vez da vegetação, teve um efeito maior sobre a
turbidez. A vegetação reduziu no primeiro evento de rega a turbidez em 27% para 71%. Não houve
efeito significativo depois disso.
27
A turbidez no escoamento é influenciada pelo tipo de substrato e pela presença ou não de
vegetação, o que tem implicações para os períodos de estabelecimento. Os resultados mostram que
não houve diferenças estatísticas significativas entre a turbidez no escoamento de todos os telhados
verdes extensivos vegetados e não vegetados (MORGAN et al, 2013).
3.2 Capacidade de Retenção
A retenção de água nos telhados verdes se dá por três aspectos: O índice de vazios do
substrato do solo, a absorção pelas raízes da vegetação e pela camada armazenadora. Rowe et al.,
(2008) estudaram a influência da inclinação dos telhados verdes na retenção de água e mostraram
que as inclinações de 2% e 25% apresentaram maior capacidade de retenção. Sims et al., (2016) e
Lee et al., (2015) pesquisaram sobre a influência do clima na capacidade de retenção dos telhados
verdes. Ambos concordaram que lugares com climas quentes e secos favorecem a retenção de
chuva. Araújo (2018) e Louzada (2016) analisaram a capacidade de retenção de telhados verdes
em Natal/RN aplicando geocompostos em módulos extensivos e simulando a precipitação. Ambos
chegaram a um valor de volume de chuva retido médio variando entre 2% e 48%.
3.3 Qualidade da água da chuva de Natal/RN
As características físico-químicas da água de chuva têm sido objeto de diversas
pesquisas, sobretudo, em áreas onde seu uso já está disseminado, a exemplo da Austrália e Nova
Zelândia. Em geral, a água se tem apresentado com baixa dureza, baixa concentração de sólidos
dissolvidos e baixo pH (COHIM et al., 2015). Conforme Andrade Neto (2015), alterações nos
parâmetros físico-químicos da água de chuva podem ocorrer quando a água atravessa a camada
da atmosfera mais perto do solo que contém partículas em suspensão, inclusive microrganismos.
Além disso, segundo Cohim et al (2015), a qualidade do ar no local decorrente da existência de
tráfego intenso ou atividades industriais tem papel decisivo na qualidade da água captada,
principalmente nos parâmetros pH, turbidez, sólidos dissolvidos, condutividade elétrica e metais.
Em relação à qualidade da água de chuva de Natal, Melo e Andrade Neto (2007) analisaram os
primeiros 10 mm de chuva para determinar a variação da qualidade da água. Algumas variáveis
foram analisadas, de forma a identificar como elas variaram no decorrer da chuva. Dentre os
parâmetros, três foram relacionados com grande parte das variáveis físico-
químicas encontradas na água:
1) Turbidez, que foi considerada representativa, pois tem valores mensuráveis para
água de chuva uma vez que, devido à relativa proximidade das coletas com o solo,
28
a qualidade da água tem interferência da poeira que pode ser erguida levando com
ela microrganismos e outras impurezas para a atmosfera;
2) pH, que além de ser de importante análise pelo que representa para as reações
químicas e bioquímicas, também é de fundamental importância porque indica a
presença de inúmeros sólidos e gases dissolvidos na água;
3) Condutividade elétrica, que indica a capacidade que a água possui de conduzir
corrente elétrica e está diretamente relacionado com a presença de íons (partículas
carregadas eletricamente) dissolvidos na água.
Para Melo e Andrade Neto (2007), o pH variou de 6,19 a 5,84; a Turbidez foi abaixo de
1,0 UT e a Condutividade Elétrica oscilou entre 23,0 e 15,0 μS/cm.
3.4 Eventos Extremos de Precipitação
Gonçalves (2013) afirma que a dinâmica atmosférica segue um ritmo composto por
eventos usuais e eventos extremos (anômalos ou excepcionais). Os eventos usuais são facilmente
absorvidos pela sociedade, pois ocorrem com maior frequência e não se afastam significativamente
das normais climatológicas. Já os eventos extremos de precipitação (EEP), por exemplo, são
aqueles em que os totais em certo período apresentam desvios de chuva superiores ou inferiores
ao comportamento habitual da área no período analisado. Estes eventos têm ocorrências com
incidência rara, se distanciando da média, variando em sua magnitude (IPCC, 2012). No litoral, as
chuvas intensas causam transtornos à população, enquanto que no interior, a seca retarda o
desenvolvimento agrícola e criação de animais (DUARTE et al, 2015).
Os EEP são responsáveis pelas principais catástrofes naturais atuais (OLIVEIRA et al,
2014). Segundo Tucci (2015), o tratamento de dados de precipitação para a grande maioria dos
problemas hidrológicos é estatístico. Nos EEP, a técnica dos quantis, utilizando o P95 (percentil
95) é bastante utilizada (tabela 3). A técnica dos quantis foi desenvolvida por Pinkayan (1966)
para avaliar o acontecimento de anos secos ou chuvosos em vastas superfícies continentais dos
Estados Unidos, por meio dos quantis referentes às probabilidades: 0,15, 0,35, 0,65 e 0,85. Como
apresentado na tabela 3.4.1. Os EEP dividem-se no NEB pelos EEP Fracos na região semiárida e
pelos EEP Intensos no litoral. Outras regiões do Brasil, como Norte e Sul, por exemplo, são
assoladas pelos EEP Intensos, como Santa Catarina e o Pará. Nestes trabalhos, os valores dos
percentis calculados classificaram as chuvas em 5 categorias: muito fraca, fraca, moderada, forte
e muito forte, sendo esta última, as chuvas que ocorreram acima do valor do Percentil 95. Um fator
agravante, além dos EPE, é a ocupação territorial urbana, sem o devido planejamento integrado
das diversas infraestruturas necessárias ao desenvolvimento harmônico
29
da cidade, desencadeia o surgimento de problemas de drenagem por ocasião dos eventos
hidrológicos de alta intensidade (RIGHETTO et al, 2009).
Especificamente, em Natal/RN, a cidade é assolada por problemas de inundações e
alagamentos, sempre que chuvas extremas e intensas ocorrem (RIGHETTO et al, 2009). Rocha e
Studart (2014) aplicaram a Técnica dos Quantis para a precipitação anual de Natal/RN e
verificaram que há uma tendência à ocorrência de EEP fortes e muito fortes, desde os anos 2000,
porém, ainda não se tem pesquisas que retratem as intensidades dos EEP quando os mesmos são
diários. Geralmente, quando há a ocorrência de EEP em Natal, a mídia noticia suas consequências.
Tabela 3.4.1 – Técnica dos quantis aplicada aos EEP.
AUTOR
(ES)
LOCAL
TÉCNICA
DOS
QUANTIS
RESULTADOS
Souza et al.
2012
Recife - PE
Percentil 95
Apesar dos eventos extremos de chuvas intensas
serem observados principalmente entre os meses
de março a julho, tais eventos também pode
acontecer nas demais épocas do ano.
Oliveira et
al. 2014
Nordeste
do Brasil
(NEB)
Percentil 95
Diferentes distribuições de EEP associado com o
período chuvoso, influenciados pelos fenômenos
La Niña e El Niño.
Rocha e
Studart 2014
Natal - RN
Percentil 95
Antes de 2000, ocorreu maior número de anos
Secos ou Normais. Depois de 2000 em diante,
ocorreu maior frequência de anos Chuvosos e
Muito Chuvosos.
Brito et al.
2015
Região do
Cariri - CE
Percentil 95
Os EEP fracos apresentam uma diminuição no
número de dias com chuvas e aumento na
intensidade da precipitação.
Costa et al.
2015
Semiárido
do Brasil
Percentil 95
Predominância de tendência negativa para o
período chuvoso do EEP, com destaque o mês de
dezembro com tendência significativa decrescente
no volume de precipitação de 1,57 mm/ano.
Duarte et al.
2015
Ipojuca -
PE Percentil 95
O montante de 53 mm/24h considerado como
chuva extremamente forte. Assim, os meses que
30
apresentaram maior concentração dos dias com
chuva acima desse limiar são de abril a junho,
sendo mais representativo o mês de junho.
Oliveira et
al. 2015
Iguatu - CE
Percentil 95
Os EEP fraco apresentam uma diminuição no
número de dias com chuvas e aumento na
intensidade da precipitação.
DIAS EEP (mm/dia) NOTÍCIAS
13/06/2014
103,124
Água da chuva alaga ruas e invade casas em Natal.
Chuvas estão causando transtorno desde a sexta-feira
(13). Moradores das zonas Oeste, Sul e Norte sofrem
com alagamentos. Fonte: G1.
14/06/2014
152,908
Por causa de chuvas, Prefeitura de Natal cancela Fan Fest
nesta sexta. Evento, que acontece na Praia do Forte,
continua neste sábado (14). Prefeitura informou que
chuvas alagaram acessos ao local da festa. Fonte: G1.
15/06/2014
87,376
Chuva abre cratera e casas podem desmoronar na Zona
Leste de Natal. Cratera se abriu na rua Guanabara, uma
das mais danificadas pela chuva. Segundo a Defesa Civil,
mais de 50 famílias do bairro já foram realojadas.
Fonte: G1.
23/06/2014
73,376
Chuva causa novo deslizamento em Natal. Desta vez, três
veículos foram soterrados parcialmente na praia de Areia
Preta. Outra casa também desmoronou em uma rua
próxima à cratera aberta no mesmo bairro. Fonte:
Folha UOL.
28/07/2014
62,484
Chuvas provocam alagamentos e atrapalham trânsito em
Natal. Cidade registra vários pontos de alagamento. Na
Avenida Capitão-Mor Gouveia com a Jerônimo Câmara
um alagamento impede a passagem de carros. Os
moradores da região estão com medo já que a água está
quase entrando nas casas. Fonte: G1.
31
04/08/2014
55,118
Chuva provoca alagamentos em Natal. As chuvas da
manhã desta segunda-feira (4) causaram diversos
alagamentos em Natal, principalmente nas principais vias
da Zona Sul. Apesar da estiagem, que começou por volta
das 10h, cruzamentos como o da Avenida Jerônimo
Câmara com a Jaguarari permanecem
bloqueados. Fonte: Tribuna do Norte.
09/09/2014
79,502
Chuva destrói escadaria na praia de Ponta Negra, na Zona
Sul de Natal. Defesa Civil registrou ocorrências em todas
as regiões da capital potiguar. EMPARN afirma que
chuvas devem continuar até esta quarta-feira (10). Duas
lagoas de captação da capital potiguar já
operam no limite da capacidade. Fonte: G1.
21/03/2015
75,184
Chuva alaga ruas e causa transtornos em Natal; homem é
sugado por bueiro. Alagamentos foram registrados nas
quatro zonas da capital potiguar. Chuva começou na
madrugada deste sábado na região metropolitana. Fonte:
G1.
11/04/2015
57,404
A estação automática do INMET de Natal no estado do
Rio Grande do Norte registra chuva forte com
acumulação horária de 24,6mm na última observação
horária. A chuva persiste há 2 horas e acumula volume de
46,6mm neste intervalo de tempo. Fonte: Clima
Tempo.
FONTE: Criação do próprio autor.
3.5 Quantidade de água necessária para manutenção do telhado verde
Segundo Oliveira et al (2018), o clima influi diretamente na evaporação do solo, bem
como na evapotranspiração sendo, portanto, o elemento capital na determinação da quantidade de
água necessária ao desenvolvimento de uma cultura vegetal. Segundo Daker (1984), as outras
fontes de perda de água (percolação e escoamento superficial) podem ser evitadas ou atenuadas,
restando o clima e, em segundo plano, a espécie vegetal, como elementos básicos da rega. Outros
elementos (tipo de solo, sistema de irrigação e habilidade do responsável pelo cultivo) influindo
na percolação, no escoamento superficial e, parcialmente, na evaporação, fornecerão os valores
32
da eficiência da rega, sendo essa a relação entre o volume de água utilizado pelo vegetal
(evapotranspiração) e o volume dispendido na irrigação.
Conforme aponta Daker (1984), a análise de dados climatológicos através de fórmulas
empíricas tem fornecido resultados razoáveis na determinação da capacidade de
evapotranspiração, ou evaporação potencial, de uma determinada localidade. Dentre as fórmulas
empíricas desenvolvidas em diversos países e utilizadas para a determinação da evapotranspiração,
a de Blaney-Criddle (1962) tem apresentado maior aceitação, por técnicos americanos e de outros
países, como o Brasil, por exemplo. Baseados em estudos de culturas irrigadas no Oeste dos
Estados Unidos, Blaney e Criddle estabeleceram a seguinte relação climatológica:
𝑢 = 𝑢. 𝑢 𝑢𝑢 𝑢 = 𝑢. 𝑢 𝑢 𝑢 = T/I. 100 [1]
Na fórmula acima, u (evapotranspiração) é dada em polegadas de altura e T (temperatura)
é fornecida em graus Fahrenheit. Para a obtenção da evapotranspiração em milímetros e
temperatura em graus Celsius o valor de f torna-se:
𝑢 = (8,12 + 0,457. 𝑢). 𝑢 [2]
Sendo:
u: Capacidade de evapotranspiração mensal;
K: Coeficiente de evapotranspiração;
k: Coeficiente mensal de evapotranspiração;
f: Fator de evapotranspiração mensal;
T: Temperatura local média mensal em ºC;
I: Percentagem mensal de horas de luz solar anual;
Conhecida a evapotranspiração do período, determina-se a quantidade de água necessária
à cultura no respectivo período, contudo, o aporte de água deve ser superior à quantidade
necessária, dependendo da eficiência da rega. Essa deve ser adotada considerando o método de
irrigação, a natureza do solo e a habilidade do agricultor, seu valor variando, em média, de 40 a
90% (DAKER, 1984).
A definição do regime de irrigação é condicionada, não só pelas variáveis climáticas, mas
também pelas características do substrato e da cultura. A quantidade de água a ser fornecida à uma
determinada cultura, para que sejam garantidas as condições necessárias ao seu desenvolvimento,
é dada pela lâmina de irrigação líquida, a qual é obtida através da seguinte expressão:
33
[3]
Sendo:
Li: Lâmina de irrigação líquida;
Cc: Capacidade de campo %:
Pmp: Ponto de murcha permanente %;
P: profundidade do sistema radicular em mm;
Da: Densidade aparente do solo (g/cm³);
f: fator de disponibilidade.
O volume de água a ser lançado sobre a cultura, denominado de lâmina de irrigação bruta,
deve ser superior a lâmina de irrigação líquida, visto que ocorrem perdas por evaporação e por
arraste (ação do vento). A lâmina de irrigação bruta é dada por:
[4]
Sendo:
Lb: lâmina de irrigação bruta;
Li: lâmina de irrigação líquida;
E: eficiência da rega.
A partir da aplicação da equação 2, desenvolvida por Blaney-Criddle (1962) foi obtida a
evapotranspiração. Adotou-se 27 ºC como temperatura média mensal de Natal (INMET, 2017) e
o percentual mensal de horas de luz solar, considerando a latitude de natal 5º 47’ 42” para os meses
de janeiro a dezembro. Aplicando os valores de T e I na equação 2 obtém-se os valores de f para
cada mês, adotando K= 0,75 tem-se o valor da evapotranspiração mensal, dado pela equação 1, e
o valor da evapotranspiração média diária, que corresponde à razão entre a evapotranspiração
mensal e o número de dias de um mês, conforme ilustra a Tabela 3.4.2.
Tabela 3.4.2- Resumo do cálculo do uso consuntivo mensal para o telhado verde.
34
FONTE: Oliveira et al 2018.
Uma vez conhecida a quantidade de água requerida mensalmente, em função do clima,
determina-se a quantidade de água requerida em função do solo e da espécie vegetal, a qual é dada
pela lâmina de irrigação líquida (equação 3).
Em virtude da dificuldade de instrumentação do solo para obtenção da capacidade de
campo e ponto de murcha permanente, foram estimados os seguintes valores médios, considerando
a utilização de um solo areno-argiloso para a composição do substrato (Cc = 20% e Pmp = 10%).
O sistema solo vegetação terá altura de 10 cm. Considerando a altura aproximada da grama de 3
cm, a espessura da camada de solo será de 7 cm, portanto, essa será a profundidade do sistema
radicular.
Considerou-se o uso de um solo areno-argiloso, com baixo teor de matéria orgânica e
densidade aparente em torno de 1,25 g/cm³. Adotou-se fator de disponibilidade de 50%.
Determinadas as variáveis e aplicando a equação 3, obtem-se uma lâmina de irrigação líquida de
4,38 mm/dia. Admitindo-se o turno de rega diário e considerando a existência de meses com 29,
30 e 31 dias, obtém-se a precipitação mensal necessária para a manutenção da vegetação, a qual é
dada pela equação 5:
[5]
Sendo:
Li: lâmina de irrigação líquida diária (mm);
n: quantidade de dias do mês;
A Tabela ilustra o resultado do balanço hídrico, considerando a variação no número de
dias nos meses do ano.
Tabela 3.4.3 – Balanço hídrico da cobertura verde em Natal/RN
FONTE: Oliveira et al 2018.
35
Considerando a lâmina diária calculada e adotando uma eficiência de rega de 85%, obtém-
se através da aplicação da equação 4, uma lâmina de irrigação bruta de 5,15 mm/dia. Conhecida a
lâmina de irrigação bruta, obtém-se a vazão através da equação 6:
[6]
4 MATERIAIS E MÉTODOS
Este trabalho foi elaborado sobre duas óticas, como mostra o fluxograma da metodologia
do trabalho apresentado na Figura 4.1.1. A primeira é referente a precipitação de Natal/RN e a
segunda, a qualidade da água escoada dos telhados verdes. Para a primeira, utilizaram-se dados
diários de precipitação do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) e da Universidade Federal
do Rio Grande do Norte (UFRN). A partir dos dados do INMET conheceu- se o limiar para um
EEP diário através da Técnica dos Quantis, além da validação dos dados da UFRN. Por fim,
analisou-se a variabilidade da intensidade dos EEP a partir dos dados da UFRN. Para a segunda,
foram construídos quatro módulos de telhados verdes extensivos, sendo um módulo controle, um
módulo sem vegetação, dois módulos vegetados, sendo um deles com uma camada armazenadora.
Figura 4.1.1. Fluxograma da metodologia do trabalho.
36
4.1 Precipitação
Os dados utilizados nessa pesquisa são provenientes de dois pluviógrafos. O primeiro, do
Instituto Nacional de Meteorologia – INMET, e o segundo, um pluviógrafo da Universidade
Federal do Rio Grande do Norte – UFRN. O uso dos dados do pluviógrafo da UFRN (PUFRN) se
deu pelo fato dos dados estarem acumulados por minuto. Isto permite a avaliação da intensidade
da chuva horária, como também, à variação do volume precipitado ao longo do dia. O pluviógrafo
do INMET disponibiliza dados acumulados a cada 24 horas, (09h01min de um dia
37
até às 8h59min do dia seguinte). Os pluviógrafos localizam-se entre as coordenadas 5º50’14”S e
35º12’27”W - INMET, e 5º50’31”S e 35º12’22”W – PUFRN (Figura 4.1.2).
Figura 4.1.2. Localização dos Pluviógrafos do INMET e PUFRN.
4.1.1 INMET
O Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) é um órgão do Ministério da Agricultura,
Pecuária e Abastecimento, que tem como missão prover informações meteorológicas à sociedade
brasileira e influir construtivamente no processo de tomada de decisão, contribuindo para o
desenvolvimento sustentável do País. Esta missão é alcançada por meio de monitoramento, análise
e previsão de tempo e de clima, que se fundamentam em pesquisa aplicada, trabalho em parceria
e, compartilhamento do conhecimento, com ênfase em resultados práticos e confiáveis (INMET,
2018). O INMET representa o Brasil junto à Organização Meteorológica Mundial (OMM) e, por
delegação desta Organização, é responsável pelo tráfego das mensagens coletadas pela rede de
observação meteorológica da América do Sul e os demais centros meteorológicos que compõem
o Sistema de Vigilância Meteorológica Mundial (INMET, 2018).
Os fenômenos meteorológicos são estudados a partir das observações, experiências e
métodos científicos de análise. A observação meteorológica é uma avaliação ou uma medida de
38
um ou vários parâmetros meteorológicos, como precipitação, temperatura, velocidade do vento,
pressão atmosférica, etc. No INMET, as observações são instrumentais, em geral chamadas
medições meteorológicas e são realizadas com instrumentos meteorológicos. O conjunto desses
instrumentos formam as estações meteorológicas. As estações meteorológicas dividem-se em
automáticas e convencionais. Uma estação meteorológica convencional é composta de vários
sensores isolados que registram continuamente os parâmetros meteorológicos (pressão
atmosférica, temperatura e umidade relativa do ar, precipitação, radiação solar, direção e
velocidade do vento, etc.), que são lidos e anotados por um observador a cada intervalo e este os
envia a um centro coletor por um meio de comunicação qualquer (INMET, 2018). O INMET
disponibiliza os dados de suas 202 estações meteorológicas convencionais no Banco de Dados
Meteorológicos de Ensino e Pesquisa – BDMEP.
O BDMEP abriga dados meteorológicos diários em forma digital, de séries históricas das
várias estações meteorológicas convencionais da rede de estações do INMET com milhões de
informações, referentes às medições diárias, de acordo com as normas técnicas internacionais da
OMM. No BDMEP estão acessíveis os dados diários a partir de 1961 das estações para as quais
se disponha em forma digital, de pelo menos 80% dos dados que foram registrados naquele
período. Os dados históricos referentes a períodos anteriores a 1961 ainda não estão em forma
digital e, portanto, estão indisponíveis no BDMEP. A estação convencional de Natal/RN, por
exemplo, foi aberta em 01/01/1911.
As variáveis atmosféricas disponibilizadas para consultas no BDMEP são: precipitação
ocorrida nas últimas 24 horas; temperatura do bulbo seco; temperatura do bulbo úmido;
temperatura máxima; temperatura mínima; umidade relativa do ar; pressão atmosférica ao nível
da estação; insolação; direção e velocidade do vento.
4.1.2 Coleta de Dados do INMET
Os dados do INMET utilizados nesta pesquisa foram coletados do BDMEP. Uma série
histórica de dados de precipitação diária no período de 01/01/1986 à 31/12/2016 (31 anos). Estes
dados foram utilizados para a determinação do limiar de um EEP. A precipitação diária do INMET
apresentou 1.78% de ausência de dados e 52,05% de dias em que não houve registro de
precipitação.
4.1.3 PUFRN
O PUFRN registra dados desde 01/04/2014. Ele não faz parte dos pontos de coleta de
dados (PCD) oficiais do INMET. Assim, para garantir a confiabilidade dos dados utilizados nesta
pesquisa, foi necessário realizar a validação dos dados do PUFRN. Com a validação, quis
39
se verificar se há semelhança dos dados acumulados, diários e mensal, entre os dois pluviógrafos
(INMET e PUFRN). Utilizou-se uma série histórica de dados de precipitações diárias, no período
de 01/04/2014 à 31/07/2017 (3 anos e 3 meses) do PUFRN e do INMET para a realização da
validação.
4.1.4 Limiar dos EEP
O limiar do EEP é o valor para o qual o uma chuva se torna um EEP. Os dados diários do
INMET, no período de 01/01/1986 à 31/12/2016 (31 anos), foram ordenados em ordem crescente
sendo o mínimo registrado de 0,1 mm/dia, e o máximo 253 mm/dia. Após a ordenação, a Técnica
dos Quantis foi aplicada. O limiar dos EEP foi definido pelo percentil 95, o mesmo adotado por
Spinelli et al. (2012), Souza et al. (2012), Oliveira et al. (2014), Rocha e Studart (2014), Campos
et al. (2015) e Britto et al. (2015).
A Técnica dos Quantis foi desenvolvida por Pinkayan (1966) para avaliar o acontecimento
de anos secos ou chuvosos em vastas superfícies continentais dos Estados Unidos, por meio dos
quantis referentes às probabilidades: 0,15; 0,35; 0,65 e 0,85. Souza et al. (2012) destaca que:
A vantagem desta técnica em relação ao tradicional uso da normalização pela
média e desvio padrão, é que este último é fortemente dependente da hipótese da
normalidade da distribuição da precipitação, hipótese não necessariamente
satisfeita (Pinkayan, 1966).
Portanto, os Quantis são imunes a uma eventual assimetria na função densidade de probabilidades
(fdp) que descreve o fenômeno aleatório (XAVIER et al, 2002). Por meio da Técnica dos Quantis
pode-se supor que a chuva em uma determinada localidade, acumulada em certo subintervalo anual
(mês, bimestre, trimestre, quadrimestre, semestre etc.), de anos consecutivos, pode ser
representada como uma variável aleatória contínua “X” (Xavier e Xavier, 1999). A partir disso,
define-se o quantil “Qp”, para cada número real “p”, entre 0 (zero) e 1 (um), como o valor, em
milímetros de precipitação, que obedeça à condição da Equação 4.1.
Probabilidade (X ≤ Qp) = p Eq. (4.1)
Ainda consoante com Xavier e Xavier (1999), caso F = Fx seja a função de repartição, ou de
distribuição, de probabilidades associada à variável aleatória contínua “X”, admite-se uma inversa
(F-1) de “F”, em um intervalo [a, b], com -∞ ≤ a < b ≤ +∞, tal que F(a) = 0 e F(b) = 1, de acordo
com a Equação 4.2.
F(Qp) = p Eq. (4.2)
Ademais, o mesmo resultado da Equação 4.2 pode ser obtido com o uso da Equação 4.3.
F-1(p) = Qp Eq. (4.3)
40
Além disso, Xavier e Xavier (1999) afirmam que, para qualquer valor observado “Xo” de
precipitação, o número “po” (0 < po < 1), conforme consta da Equação 4.4, denomina-se ordem
quantílica “po” associada a “Xo”.
F(Xo) =po Eq. (4.4)
Uma interpretação simples para o quantil “Qp” é que, segundo Xavier e Xavier (1999), ao se supor
a probabilidade “p”, expressa em termos percentuais, se espera que em p(%) dos anos a medida da
precipitação “X” não deva exceder o valor do quantil “Qp”, em milímetros; enquanto para (100 –
p) % dos anos esse valor será ultrapassado.
4.1.5 Validação dos dados do PUFRN
Visando a validação dos dados de precipitação diária do PUFRN a partir dos dados diários
do INMET, aplicou-se o teste T-Student (Wilks, 2006) pareado entre os acumulados diários e
mensais de precipitação do INMET e PUFRN para o período de 01/04/2014 até 31/07/2017.
O caso entre os dois Pontos de Coletas de Dados - PCD, no qual as duas estações
meteorológicas medem a mesma variável, por exemplo, as medidas entre as estações são
dependentes. A variável T tem distribuição t de Student:
𝑢 = (𝑢𝑢−𝑢𝑢)−(𝑢1−𝑢2)
Eq.(4.5)
𝑢2 𝑢2
√ 1 + 2
𝑢1 𝑢2
O interesse aqui foi examinar se havia diferença significativa entre os acumulados de
precipitação das duas populações (INMET e PUFRN). Desta maneira, um problema de Teste de
hipótese estatística foi estabelecido. A hipótese Ho avaliou que não havia diferença entre os dados
de precipitação, isto é, a média da população 1 (PUFRN) (µ1) é igual à média da população 2
(INMET) (μ2). Estas hipóteses foram consideradas ao nível de significância de 1%. Desta forma,
a variável T sob a 𝑢0:
𝑢𝑢𝑢𝑢 = (𝑢𝑢−𝑢𝑢)
Eq.(4.6)
𝑢2 𝑢2
√ 1 + 2
𝑢1 𝑢2
Sendo que:
𝑢𝑢 e 𝑢𝑢 constituíram as médias amostrais de INMET e PUFRN, respectivamente;
41
Valor P
S1 e S2 constituíram os desvios padrões das amostras INMET e PUFRN,
respectivamente;
–n1 e n2 constituíram os tamanhos de amostra de INMET e PUFRN,
respectivamente;
A distribuição t-Student contém n -1 graus de liberdade.
O valor-p é definido como a probabilidade de se observar um valor da estatística de
teste maior ou igual ao calculado. Tradicionalmente, o valor de corte para rejeitar a hipótese nula
é de 0,05 (FERREIRA E PATINO, 2015).
Na validação dos dados diários de precipitação, além do teste citado também se utilizou
o coeficiente de correlação linear (r). Os níveis de significância foram de 1 e 5%.
O (r) entre a precipitação do INMET (𝑢𝑢) e do PUFRN (𝑢𝑢) é expresso:
∑N (𝑢𝑢 −𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢)(𝑢𝑢𝑢−𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢)
r = i=1 i √[∑N (𝑢𝑢 −𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢)²][∑N
(𝑢𝑢𝑢−𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢)²]
Eq.(4.7)
i=1 i i=1
Em que N é o número de observações.
A validação de dados meteorológicos é utilizada em pesquisas diversas como a de Estévez
et al, (2011), Camparotto et al, (2013) e Li et al, (2013).
4.1.6. Identificação e determinação da Intensidade dos EEP.
Normalmente, para se conhecer as intensidades de chuvas no Brasil, faz-se uso das curvas
IDF (Intensidade – Duração - Frequência). As curvas IDF são obtidas a partir de ajustes de uma
função de probabilidade de eventos extremos realizado com os valores máximos de precipitação
anual em escala subdiária obtidos de séries históricas (Schardong et al., 2014). Quando não há
dados pluviográficos no local de interesse do estudo, podem ser utilizadas as equações geradas por
Pfafstetter (1957) de uma região próxima e com características semelhantes. No entanto, o objetivo
deste estudo é apenas diagnosticar intensidades dos EEP na cidade de Natal.
Quando o aparelho permite discretização de até 5 minutos, em geral são escolhidas as
seguintes durações em uma curva IDF: 5, 10, 15, 30, 60, 120, 240, 360, 720, 1080 e 1440 minutos
(Tucci, 2015). Deste modo, analisaram-se os EEP diários do PUFRN baseado no tempo utilizado
para a confecção das curvas IDF. Para cada EEP diário, acumulou-se a precipitação a cada 5, 10,
15, 30, 60, 120, 240, 360, 480, 600, 720, 960 e 1440 minutos. Depois de agrupados, conheceram-
se as intensidades dos EEP, assim como o tempo que cada EEP atingiu o percentil
42
95. Simultaneamente, construiu-se uma Tabela com notícias das consequências relacionadas aos
EEP.
4.2. Qualidade da água dos telhados verdes
Neste seguimento da pesquisa, analisaram-se os parâmetros da água da chuva e os
compararam com os valores dos mesmos parâmetros da água escoada do telhado verde. Além
disso, um estudo realizado por Melo e Andrade Neto (2007) mensurou o pH, CE e turbidez da
água da chuva de Natal/RN, nos minutos iniciais de precipitação. Usando tais valores como
referência, realizou-se também uma comparação desses parâmetros (pH, CE e turbidez) das
amostras de água de chuva coletadas neste experimento (dez anos depois, em 2017). As análises
estatísticas utilizadas estão descritas do item 4.2.6.2 e os resultados, no item 5.3.
4.2.1 Montagem dos módulos
Os módulos foram montados em fevereiro de 2017. Foram quatro módulos de telhados
verdes extensivos, com 1 m² de área (dimensões: 1 m x 1m) em suportes de 1 m de altura. Os
módulos foram feitos de madeira pinus e com configurações diferentes cada um. O módulo 1
(mod1) foi o referencial. Ele é utilizado para coleta da água de chuva. É composto apenas pela
camada impermeável. O módulo 2 (mod2) é o telhado não-vegetado. É composto por uma camada
impermeável, uma camada filtro, um dreno feito de argila expandida e o substrato (solo de jardim
local). O módulo 3 (mod3) tem a mesma configuração do mod2, acrescido de uma camada vegetal
(grama esmeralda). O módulo 4 (mod4) possui a mesma configuração do mod3, acrescido de uma
camada armazenadora de água. Essas configurações, ilustradas na Figura 10, foram baseadas nos
trabalhos de Nagase e Dunnett (2012), Burszta-adamiak (2012), Van Mechelen et al. (2015),
Louzada (2016) e Soulis et al, (2017).
43
Figura 4.2.1. Configurações dos módulos experimentais dos telhados verdes.
4.2.2. Estruturação dos telhados verdes experimentais
Seguindo as estruturações modulares utilizadas em trabalhos anteriores (Nagase e
Dunnett 2012; Van Mechelen et al, 2015; Burszta-adamiak 2012; Louzada, 2016; Soulis et al,
2017) quatro módulos em madeira pinus com 1 m² de área e 0,1 m de profundidade são utilizados.
Como camada impermeabilizante, uma lona plástica foi colocada nos módulos, por ser um material
de fácil aquisição e de baixo custo. A mesma foi fixada com um elástico e fita adesiva. Estes
materiais foram escolhidos, pois ao mesmo tempo em que a lona é eficiente na impermeabilização,
ela é frágil à perfuração. Como camada de filtro foi utilizado um tecido geotêxtil e como dreno,
uma camada de argila expandida, por ser um material mais leve que a brita, com 5 cm de altura e
10 cm de largura.
Para coletar a água da chuva, um dispositivo tipo ralo foi instalado com uma mangueira
sanfonada, acoplada a um recipiente vedado, com capacidade de 20 Litros. Os telhados possuem
uma inclinação de 2%, inclinação comum em telhados convencionais. O substrato escolhido para
utilização nos módulos é comumente utilizado para o cultivo de gramas e é encontrado na maioria
das floriculturas. Trata-se de um solo de alto conteúdo orgânico, de cor preta. Na camada vegetal,
optou-se pela Zoysia japônica, da família Poaceae, mais conhecida como
44
Grama Esmeralda. Esta espécie é originária do extremo oriente e pode ser utilizada em zonas
costeiras e em regiões muito quentes. Quando definitivamente instalada, forma um relvado
resistente, muito denso, tolerante à seca com baixa manutenção e resistente a doenças. No inverno
perde a coloração, entrando em dormência com baixas temperaturas. Não é indicada para locais
de tráfego intenso, nem para áreas sombreadas. Assim sendo, por todas as características citadas,
a Grama Esmeralda é uma excelente opção para os telhados verdes extensivos, além de ser
encontrada com facilidade no comércio local e ter baixo custo.
O mod1 (Figura 4.2.2) é o de captação de água pluvial. Ele consiste apenas na
impermeabilização e recipiente acoplado para coletar água. O mod2 (Figura 4.2.2) é o módulo não
vegetado. Ele é constituído da camada impermeável, geotêxtil como filtro, dreno e substrato. O
mod3 (Figura 4.2.2) diferencia-se do mod2 apenas pela camada vegetal nele existente. O mod4
(Figura 4.2.2) é o mais complexo de todos os módulos. Ele apresenta, após o filtro de geotêxtil,
uma camada armazenadora de água feita de material plástico, simulando um geoespaçador, coberto
por mais um filtro geotêxtil, e em seguida, as camadas de substrato e vegetação.
Figura 4.2.2. Módulos experimentais
45
4.2.3 Parâmetros
Os parâmetros analisados foram potencial hidrogeniônico (pH), condutividade elétrica
(CE) e turbidez (Turb). Estes parâmetros podem ser relacionados com grande parte das variáveis
físico-químicas encontradas na água e, por não serem consumptíveis, são de fácil acesso e medição
(MELLO E ANDRADE NETO, 2007). Estes parâmetros também são analisados nos estudos de
Buccola e Spolek (2011), Vijayaraghavan et al, (2012), Morgan et al, (2013), Vijayaraghavan e
Joshi (2014) e Buffam et al. (2016).
4.2.4 Coleta de dados
As amostras de água de chuva e dos telhados verdes foram coletadas com a periodicidade
de 10 dias, entre março e julho de 2017. Uma amostra de cada módulo era coletada, totalizando
16 amostras por módulo. As amostras eram armazenadas no refrigerador até o dia das análises.
4.2.5 Análises Laboratoriais
As amostras coletadas foram analisadas no Laboratório de Recursos Hídricos e
Saneamento Ambiental – LARHISA/UFRN. As técnicas de análises e os equipamentos utilizados
estão dispostos na Tabela 4.2.1.
Tabela 4.2.1. Ensaios de laboratórios.
Parâmetros Abreviação Método referencial/ Técnica de
análise Equipamento
Determinação do pH pH método eletrométrico Medidor de
pH TEC-11
Determinação da
Condutividade
Elétrica
CE
método condutivimétrico
Multifunção
HACH
Sension 156
Determinação da
Turbidez
Turb
método nefelométrico
Turbidímetro
portátil
HACH 2100
Q
FONTE: Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 23th Ed, American Public Health
Association, Washington, D.C (2017).
4.2.5 Análises Estatísticas
46
4.2.5.1 Análise de variância (ANOVA)
Análise de variância (ANOVA) testa a hipótese de que as médias de duas ou mais
populações são iguais. A ANOVA avalia a importância de um ou mais fatores, comparando as
médias de variáveis de resposta nos diferentes níveis de fator. A hipótese nula afirma que todas as
médias de população (médias de nível de fator) são iguais, enquanto a hipótese alternativa afirma
que pelo menos uma é diferente.
A ANOVA basicamente divide a variabilidade em variabilidade Entre Grupos e
variabilidade Dentro de Grupos, e compara as duas. Um dos objetivos da aplicação da ANOVA é
o de realizar teste estatístico para verificar se há diferença entre distribuição de uma medida entre
três ou mais grupos. Em nosso exemplo, podemos definir as hipóteses do teste como: H0: Não
existe diferença entre os parâmetros dos módulos vegetados e não vegetado; H1: Há pelo menos
um parâmetro diferente entre os módulos vegetados e não vegetado.
Caso os quatros módulos de telhados verdes apresentem mesma variabilidade e mesma
média dos parâmetros pH, CE e turbidez, suas distribuições tendem a se sobrepor, confirmando a
hipótese de que não existe diferença entre os módulos. Caso contrário, ou seja, se os quatros
módulos de telhados verdes apresentarem mesma variabilidade interna e médias diferentes, dos
parâmetros pH, CE e turbidez, as distribuições de distanciam quanto mais as médias dos
parâmetros se diferenciam.
A soma de quadrados mede a variação dos dados. A soma de quadrados total (SQTotal)
mede a variação total nos dados, a soma de quadrados dos tratamentos (SQTrat) mede a variação
entre os quatros módulos e a soma dos quadrados dos resíduos (SQRes) mede a variação dentro
de cada parâmetro, ou seja, mede a variação dos parâmetros de cada módulo experimental.
Para saber quais módulos de telhados verdes com pH, CE e Turbidez diferentes diferem
entre si é necessário complementar a ANOVA, através da utilização do teste de comparação
múltipla, o teste de Tukey. Em um experimento, cada observação Yij pode ser decomposta
conforme o modelo a seguir:
Yij = µ + τi + ϵij i = 1,... , I e j = 1,..., J
Em que: Yij é a observação do i-ésimo tratamento na j-ésima unidade experimental ou
parcela; µ é o efeito constante (média geral); τi é o efeito do i-ésimo tratamento; ϵij é o erro
associado ao i-ésimo tratamento na j-ésima unidade experimental ou parcela assumida como: ϵij
𝑢𝑢𝑢
~ N(0, σ²) . Aqui, IID significa que os erros devem ser independentes e identicamente
distribuídos.
As análises estatísticas foram aplicadas usando o software R. A normalidade dos erros foi
47
verificada usando um teste de Kolmogorov-Smirnov. A independência com o teste Ljung-Box e
48
𝑢=1 𝑢𝑢
homocedasticidade, o teste Durbin-Watson. Neste estudo, a ANOVA foi empregada para
determinar as diferenças estatísticas entre cada telhado verde e o telhado de controle.
Em um experimento, existe o interesse em testar se há diferenças entre as médias dos
tratamentos, o que equivale a testar as hipóteses:
H0 : µ1 = µ2 = ... = µI
H1 : µi ≠ µi’ para pelo menos um par (i, i’), com i ≠ i’
Em que:
µi = µ + τi i = 1, 2, ..., I.
De forma equivalente, pode - se escrever tais hipóteses da seguinte forma:
H0 : τ1 = τ2 = ... = τI = 0
H1 : τi ≠ 0 para pelo menos um i.
Note que, se a hipótese nula for verdadeira, todos os tratamentos terão uma média comum
µ.
A análise de variância baseia-se na decomposição da variação total da variável resposta
em partes que podem ser atribuídas aos tratamentos (variância entre) e ao erro experimental
(variância dentro). Essa variação pode ser medida por meio das somas de quadrados definidas para
cada um dos seguintes componentes:
(∑𝑢 ∑𝑢 𝑢𝑢𝑢)²
SQTotal = ∑𝑢
𝑢 𝑢=1 𝑢
2 – C, em que C = 𝑢=1 𝑢=1
,
𝑢𝑢
∑𝑢 𝑢2
SQTrat = 𝑢=1 𝑢 – C, 𝑢
E a soma de quadrados dos resíduos pode ser obtida por diferença:
SQRes = SQTotal – SQTrat.
A SQTrat também é chamada de variação Entre, que é a variação existente entre os
diferentes tratamentos e a SQRes é chamada de variação Dentro que é função das diferenças
existentes entre as repetições de um mesmo tratamento.
TABELA 4.2.2 – Análise de variância dos módulos por parâmetro
∑
49
Fonte: Criada pela autora, 2018.
4.2.5.2 Teste Tukey (HSD)
É um teste de comparação de médias, bastante utilizado, por ser rigoroso e de fácil
aplicação. Foi proposto por Tukey (1953) e é conhecido como teste de Tukey da diferença
honestamente significativa (honestly significant difference) (HSD). É um teste exato em que, para
a família de todas as comparações duas a duas, a taxa de erro da família dos testes é exatamente α
(e o intervalo de confiança é exatamente 1-α). É utilizado, também, para testar toda e qualquer
diferença entre duas médias de tratamento.
50
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capítulo são apresentados os resultados das análises de precipitação dos EEP, como também
os resultados de pH, Condutividade elétrica e Turbidez para as três configurações de telhados
verdes analisados. Os resultados estatísticos, gráficos e tabelas.
5.1. Precipitação
Primeiramente, realizou-se uma breve estatística descritiva a partir dos dados do INMET,
destacando a climatologia mensal da precipitação. Em seguida, a técnica dos quantis identificou o
valor limiar de um EEP diário, além de validar os dados do PUFRN. E por fim, a análise da
intensidade dos EEP a partir dos dados da PUFRN.
5.1.1. Validação dos Dados do PUFRN
Os resultados do teste de diferenças entre o acumulado de precipitação (diário e mensal) do
INMET e PUFRN são discutidos a seguir. Os dados de precipitação diária não apresentam
diferenças significativas entre os valores médios do INMET e PUFRN (valor-p = 0,8004), com
nível de significância de 1%. Para as variâncias, também não houve diferenças significativas
(valor-p = 0,4649).
Constantemente, é possível observar EEP que ocasionam fortes chuvas em um
determinado bairro da cidade, e em outros pontos não se apresentam nenhum registro de
precipitação. Ainda assim, a correlação entre os dados diários apresentou um valor de 0,98
(valor-p < 0,01).
Para o valor mensal, a média mensal (valor-p = 0,2661) e a variância (valor-p = 0,6306)
não apresentaram diferenças significativas. A correlação apresentou valor de 0,98 (valor-p <
0,01). Com os resultados apresentados, este dado de precipitação diário e mensal apresenta
qualidade para o uso neste estudo.
Durante o ano de 2017, a precipitação de Natal/RN registrada pelo PUFRN e também
pelo INMET, foi acumulada mensalmente e comparada na Figura 5.1.3. Nota-se que há pouca
variação entre as precipitações. No mês de julho choveu acima de 400 mm, superando a média
mensal. No dia 06.07.17 foi registrada uma precipitação de 113,8 mm. Os meses chuvosos,
como esperado, se concentraram entre março e julho, porém, nos meses de março e junho não
ultrapassaram os 200 mm/mês.
51
Figura 5.1.1. Precipitação mensal acumulada de Natal/RN de janeiro a julho de 2017
O EEP de 57,4 mm/dia aconteceu no dia 11/04/2015. O INMET registrou uma intensidade de 24,6
mm/h para este EEP, o que significa um resultado bem aproximado do que foi registrado pelo
PUFRN (27,9 mm/h). A Tabela 5.2 apresenta notícias relacionadas com os EEP das chuvas
intensas ocorridas em Natal, apresentando os transtornos causados a sociedade. O mesmo registro
foi realizado por Campos et al. (2015), no município de Belém/PA. O EEP de 152,9 mm/dia foi
antecedido de um EEP de 103,1 mm/dia e sucedido de um EEP de 87,4 mm/dia, ocorridos nos dias
13 a 15/06/14 (Tabela 5.1..). A média mensal de chuva para junho é de 350 mm e nestes três dias,
choveu 343,4 mm, quase o total esperado para o mês.
5.1.2. Eventos Extremos de Precipitação
A técnica dos quantis apresentou o percentil 95, o valor de 42,8 mm/dia para a cidade de
Natal/RN. A partir deste valor, observou-se, pelos dados do INMET, que na série histórica de 31
anos, ocorreram 262 EEP, onde 220 EEP ocorreram no período chuvoso, março a julho.
Destacaram-se os meses de junho e julho, com 72 e 43 EEP, respectivamente. A Figura 5.1.1
apresenta as precipitações máximas diárias registradas na série temporal do INMET. Nota-se que
as máximas diárias são maiores que o valor de percentil 95 (42,8 mm/dia), com exceção do mês
de dezembro, onde não se registrou EEP e sua precipitação máxima diária foi de 38 mm/dia. O
maior volume de precipitação foi em julho de 1998, registando um valor de 253,2 mm/dia. O
52
segundo maior volume de precipitação foi registrado em junho de 2014, com o valor igual a 222
mm/dia.
Figura 5.1.2. Precipitações máximas diárias registradas entre 1986 a 2016 - INMET.
5.1.3 Intensidade dos EEP
O limiar para a ocorrência de um EEP, determinado no item 4.1.1, é o valor de 42,8 mm/dia. A
partir desse valor, os dados coletados do PUFRN foram acumulados diariamente, no período de
01/04/2014 à 31/07/2017 (3 anos e 3 meses). Os acumulados de precipitação diários acima de 42,8
mm/dia foram selecionados, resultando em 27 EEP (Tabela 5.1.1).
Os dados totais diários foram acumulados nos tempos de 5, 10, 25, 30, 45 minutos, 1, 2, 4, 8, 12 e
16 horas. Assim, foi possível descobrir em quanto tempo cada chuva se torna um EEP. Dos 27
EEP registrados, três ocorreram em até 2 horas. As chuvas mais intensas registradas tiveram
intensidades de aproximadamente 28 mm/h, 35 mm/h e 24 mm/h, correspondendo à precipitação
acumulada de 57,4 mm/dia, 113,8 mm/dia e 152,9 mm/dia.
Dos 27 EEP, 10 ocorreram em 6 horas. Este é o tempo que as chuvas demoraram em atingir o
volume de 42,8 mm/dia. Os outros EEP oscilaram entre 8, 12 e 16 horas. A figura 5.1.1 apresenta
a distribuição dos EEP. As intensidades dos EEP até o tempo de 1 hora (figura 5.1.2) foram
registradas intensidades entre 10 mm/h e 35 mm/h.
53
Tabela 5.1.1. EEP registrados de 2014 a 2017.
DATA INMET
(mm/dia)
PUFRN
(mm/dia)
13/06/2014 131 103,1
14/06/2014 222 152,9
15/06/2014 23,3 87,4
23/06/2014 52,2 73,4
12/07/2014 22,9 54,3
28/07/2014 49,8 62,5
04/08/2014 62,2 55,1
09/09/2014 73,8 79,5
21/03/2015 71,2 75,2
11/04/2015 48,1 57,4
23/04/2015 29,1 49
25/06/2015 69,9 65,3
27/07/2015 66,6 60,5
08/02/2016 20 46,4
03/03/2016 64 60,9
11/05/2016 92,6 74,8
20/08/2016 36,2 50,5
22/01/2017 49,8 56,1
02/03/2017 73,7 58,7
30/04/2017 67,7 73,4
08/05/2017 64,8 54,1
29/05/2017 62 68,1
25/06/2017 44,9 44,5
01/07/2017 50,6 67,1
06/07/2017 116,1 113,8
11/07/2017 38,7 48,8
28/07/2017 42,1 44,5
54
Figura 5.1.2. Tempo de ocorrência dos EEP
5.1.4 Ciclo diário dos EEP
A análise dos 27 EEP para Natal, discretizados hora a hora, permitiu averiguar em que
horário as concentrações das precipitações são máximas. A Figura 5.1.4. mostra que as maiores
precipitações dos 27 EEP ocorreram entre 0h e 5h, concordando com os estudos de Kousky (1980),
Warner et al, 2003 e Lopo et al, 2010. Como apresentado no item 5.1.3, Natal não registrou
precipitação acumulada no valor de 42,8 mm em menos de 2 horas, sendo o máximo registrado
por hora, 35,0 mm/h. O valor máximo foi atingido no dia 06/07/17, onde a precipitação
concentrou-se no período de 0h a 4h, e o acumulado registrado foi maior que 100 mm. A Figura
5.1.5 apresenta a distribuição horária dos EEP por mês. Nota-se que as maiores precipitações por
hora ocorreram entre os meses de março e julho, concordando com o item 5.1.4.
55
Figura 5.1.4. Taxa horária de precipitação dos 27 EEP registrados no PUFRN no ciclo diário. A
unidade é mm/hora.
Figura 5.1.5: Taxa horária de precipitação dos 27 EEP registrados no PUFRN no ciclo mensal.
5.2 Qualidade da água da chuva
Os valores máximos, médios e mínimos obtidos entre as amostras de 2007 e 2017 estão
explanados na Tabela 5.2.1.
56
Tabela 5.2.1 - Comparação de valores
Parâmetro Mínimo Média Máximo
2007 2017 2007 2017 2007 2017
pH 5,18 5,33 5,99 5,99 6,65 6,80
Turb 0,24 0,22 0,47 0,74 0,83 1,25
C.E. 9,82 4,69 19,44 8,54 34,3 14,4
FONTE: Criação realizada pelo autor
5.2.1 pH
Para Melo e Andrade Neto (2007), o pH, além de ser de importante análise pelo que
representa para as reações químicas e bioquímicas, é de fundamental importância porque indica a
presença de inúmeros sólidos e gases dissolvidos na água. Os resultados do pH foram bem
próximos e todas as amostras ficaram na faixa de 5 a 7. A Portaria Nº 05/2017 do Ministério da
Saúde (MS) determina que o pH da água potável esteja entre 6,0 e 9,5 na rede de distribuição.
5.2.2 Turbidez
Os valores para a turbidez foram todos menores que um, em 2007. Melo e Andrade Neto
(2007) considerou a turbidez como parâmetro representativo devido aos seguintes fatores:
Tem valores mensuráveis para água de chuva;
Devido à relativa proximidade das coletas com o solo, a qualidade da água tem
interferência da poeira que pode ser erguida levando com ela microrganismos e outras
impurezas para a atmosfera;
Por ser de muito importante analise considerando a possibilidade de utilização da água de
chuva após desinfecção, uma vez que os sólidos suspensos podem servir de abrigo para
microrganismos, e dificultam esta desinfecção;
As amostras de 2017 obtiveram apenas uma amostra maior que 1,00 (1,25 UNT). A
Portaria Nº 05/2017 determina o valor de 5,0 UNT em toda a extensão do sistema de distribuição
de água (rede e reservatórios).
5.2.3 Condutividade Elétrica
A condutividade elétrica indica a capacidade que a água possui de conduzir corrente
elétrica e está diretamente relacionado com a presença de íons (partículas carregadas
eletricamente) dissolvidos na água. Quanto maior for a quantidade de íons dissolvidos, maior será
a condutividade elétrica da água, representando portanto, a presença, em águas continentais,
57
principalmente de íons como: o cálcio, o magnésio, o potássio, o sódio, carbonatos, carbonetos,
sulfatos e cloretos, e soluções de compostos inorgânicos em geral que são normalmente bons
condutores. Como há uma relação de proporcionalidade entre o teor de sais dissolvidos e a
condutividade elétrica, pode ser estimado o teor de sais pela medida de condutividade de uma água,
fazendo com que a analise deste parâmetro seja bastante representativa (MELO; NETO, 2007).
Pereira e Martins (2015) analisaram a condutividade elétrica na água da chuva da cidade de
Lages/SC e associaram a C.E. à poluição do ar. Nas amostras coletadas em 2017, os valores de
C.E. foram relativamente menores do que os valores obtidos por Melo e Neto (2007).
5.2.4 Análises Estatísticas
A Tabela 8 apresenta o resultado do Teste-T aplicado entre as amostras de 2007 e 2017.
O P-valor para o pH foi 0,95. O que significa que não há diferenças significativas entre este
parâmetro durante os dez anos. Para a Condutividade elétrica o P-valor foi menor que 0,05. Há
diferenças significatvas entre as amostras. Nota-se uma diminuição na C.E. nas mostras coletadas
em 2017, como mostrado na Tabela 2. Isto pode ser atribuído a uma menor presença de sais nas
amostras, em relação a 2007. Já a turbidez também apresentou o P-valor < 0,05. Há diferença
significativa entre as amostras de turbidez, sendo as amostras de 2017 com valores mais altos que
2007. Precebe-se um valor de média quase dobrado na Tabela 5.2.2.
Tabela 5.2.2 - Teste T
Parâmetro (Valor-P)
2007 - 2017
Ph 0,9555
Turbidez. 0,0002
C.E. 0,0000
FONTE: Criação realizada pelo autor
5.3 Qualidade da água de telhados verdes
Os resultados da ANOVA mostraram diferenças significativas entre os tipos de telhado
verde (Figura 6).
Tabela 5.3.1 – Resultado da ANOVA.
Parâmetro Valor F Valor P
pH 88,21 2,00E-16
C.E. 6,28 8,80E-04
Turb. 8,5 8,50E-05
FONTE: Criação realizada pelo auto
58
5.3.1 pH
O potencial hidrogeniônico medido nas amostras está expresso na Tabela 10. As
amostras do mod2 apresentaram os maiores valores entre todos os tipos de telhado (9,60 ± 0,56),
seguidos por mod3 (9,38 ± 0,38) e mod4 (9,09 ± 0,29), enquanto que o mod1 apresentou (6,80 ±
0,38). Os resultados dos três diferentes telhados verdes foram comparados com o telhado de
controle e apresentaram diferenças significativas entre o pH do escoamento dos diferentes telhados
(Figura 5.3.1). Nota-se que os módulos vegetados (mod3 e mod4) apresentaram 0,95 de
semelhança e quando ambos são comparados com o módulo não vegetado (mod2) o P-valor é mais
baixo (0,12 e 0,33). Com isto, infere-se que a vegetação exerce influência sobre o pH.
O Teste de Tukey foi aplicado em todas as combinações dos módulos do pH. A Tabela
5.3.2 apresenta o resultado dos testes. Nota-se que existe diferença significativa quanto a
comparação dos módulos se dá entre o mod1 e os demais (valor-p < 0,05).
Tabela 5.3.2 – Valores de pH medidos nos quatro módulos.
Data pH mod1 mod2 mod3 mod4
02/03/2017 Amostra nº 1 6,59 8,78 8,38 8,31
12/03/2017 Amostra nº 2 6,35 7,96 7,74 8,40
22/03/2017 Amostra nº 3 6,08 8,25 8,00 8,18
01/04/2017 Amostra nº 4 6,13 9,42 8,28 9,09
11/04/2017 Amostra nº 5 5,65 8,79 8,75 8,41
21/04/2017 Amostra nº 6 5,33 8,27 7,68 8,01
01/05/2017 Amostra nº 7 5,35 7,18 7,81 7,78
11/05/2017 Amostra nº 8 5,75 9,60 9,38 8,54
21/05/2017 Amostra nº 9 6,20 9,23 8,13 8,06
31/05/2017
Amostra nº
10
5,84
9,35
7,65
8,74
10/06/2017
Amostra nº
11
6,80
8,00
8,60
8,00
20/06/2017
Amostra nº
12
5,90
9,20
8,20
8,00
30/06/2017
Amostra nº
13
6,80
7,90
8,00
8,00
10/07/2017
Amostra nº
14
6,00
8,60
8,60
8,30
59
20/07/2017
Amostra nº
15
5,60
8,20
7,60
8,10
30/07/2017
Amostra nº
16
5,40
9,00
8,50
8,90
FONTE: Criação realizada pelo autor
Tabela 5.3.3. Teste de Tukey HSD pareado para o pH.
pH P-valor Configurações dos módulos
mod1/mod2 0,000 controle/substrato
mod1/mod3 0,000 controle/vegetado
mod1/mod4 0,000 controle/vegetado com CA
mod2/mod3 0,129 substrato/vegetado
mod2/mod4 0,335 substrato/vegetado com CA
mod3/mod4 0,952 vegetado/vegetado com CA
FONTE: Criação realizada pelo autor
As amostras do mod2 apresentaram os maiores valores entre todos os tipos de telhado
(9,60 ± 0,56), seguidos por mod3 (9,38 ± 0,38) e mod4 (9,09 ± 0,29), enquanto que o mod1
apresentou (6,80 ± 0,38). Os resultados dos três diferentes telhados verdes foram comparados com
o telhado de controle e apresentaram diferenças significativas entre o pH do escoamento dos
diferentes telhados (Figura 5.3.2.). Nota-se que os módulos vegetados (mod3 e mod4)
apresentaram 0,95 de semelhança e quando ambos são comparados com o módulo não vegetado
(mod2) o P-valor é mais baixo (0,12 e 0,33). Com isto, infere-se que a vegetação exercer influência
sobre o pH. Os resultados destas análises mostram que os valores de pH do fluxo de saída foram
superiores a 7,0. Este é um dos importantes benefícios ambientais dos telhados verdes, ou seja,
que eles podem impedir a acidificação dos sistemas de drenagem urbana e recebimento de águas
(TEEMUSK E MANDER, 2007; BERNDTSSON et al, 2009; BLISS et al, 2009;
BERNDTSSON, 2010; VIJAYARAGHAVANA et al, 2012).
60
Figura 5.3.1. box-plot do pH.
FONTE: Criação realizada pelo autor.
Figura 5.3.2. Resultado do Teste de Tukey para o pH.
FONTE: Criação realizada pelo autor
61
5.3.2 Condutividade Elétrica
A condutividade elétrica medida nas amostras estão expressas na Tabela 12. Nota-se que
no gráfico boxplot existe diferença quanto a comparação dos módulos entre o mod1 e os demais
(Figura 17). Dados de CE logarítmicos naturais foram utilizados nas análises. As amostras de Ln
(mod4) apresentaram os maiores valores entre todos os tipos de telhado (8,00 ± 0,72 μS/cm),
seguidas por Ln (mod3) (7,73 ± 0,61 μS/cm), Ln (mod2) (7,44 ± 0,61 μS/cm) e Ln (mod1) (2,76 ±
0,30 μS / cm).
Os resultados da ANOVA mostraram diferenças significativas entre os tipos de telhado verde
com o telhado controle, no entanto, os pressupostos quebrados. O boxplot exibe que a CE são
similares entre os mod3 e mod4. O mod2 tem uma variabilidade menor. Houve mudanças entre a
CE do escoamento dos telhados verdes e do controle (Figura 5.3.2). No presente estudo, a partir
dos resultados mostrados na Figura 5.3.2 e comparação de escoamentos de águas pluviais dos dois
telhados verdes contendo substrato, pode-se concluir que houve uma diminuição gradual de CE
durante todo o período de teste.
Tabela 5.3.4 – Valores de condutividade elétrica medidos nos quatro módulos.
Data
Condutividade
Elétrica
(µS/cm)
mod1
mod2
mod3
mod4
02/03/2017 Amostra nº 1 8,50 1492,50 2280,50 2971,00
12/03/2017 Amostra nº 2 10,17 704,50 1122,00 1331,50
22/03/2017 Amostra nº 3 7,94 1705,00 1967,50 2286,50
01/04/2017 Amostra nº 4 9,91 695,50 1112,50 1369,00
11/04/2017 Amostra nº 5 5,87 611,00 489,00 361,00
21/04/2017 Amostra nº 6 8,88 591,00 940,00 860,00
01/05/2017 Amostra nº 7 4,69 258,00 502,00 756,00
11/05/2017 Amostra nº 8 6,92 287,00 407,00 508,00
21/05/2017 Amostra nº 9 7,28 306,50 344,00 383,00
31/05/2017 Amostra nº 10 12,40 361,00 473,00 218,00
10/06/2017 Amostra nº 11 6,64 220,00 250,00 314,00
20/06/2017 Amostra nº 12 4,78 203,00 281,00 281,00
30/06/2017 Amostra nº 13 4,72 116,60 135,40 214,00
10/07/2017 Amostra nº 14 12,80 234,00 320,00 290,00
20/07/2017 Amostra nº 15 10,80 178,10 329,00 309,00
62
30/07/2017 Amostra nº 16 14,40 315,00 427,00 293,00
FONTE: Criação realizada pelo autor
Figura 5.3.2. Resultados da Condutividade Elétrica
5.3.3 Turbidez
FONTE: Criação realizada pelo autor
A turbidez medida nas amostras estão expressos na Tabela 13. Nota-se que existe
diferença significativa quanto a comparação dos módulos se dá entre o mod1 e os demais. A
turbidez é uma característica física principal da água e é uma expressão da propriedade óptica que
faz com que a luz seja espalhada e absorvida por partículas e moléculas em uma amostra de água.
É causada por matéria suspensa ou impurezas que interferem na clareza da água e, portanto, pode
ser um indicador indireto de possíveis riscos à saúde associados à água de saída dos sistemas de
telhado verde (MORGAN et al, 2011). As amostras do mod2 apresentaram os maiores valores
entre todos os tipos de telhado (11,7 ± 2,52 UNT), seguidas por mod4 (10,7 ± 2,77 UNT), mod3
(10,4 ± 2,08 UNT) e mod1 (1,25 ± 0,20 UNT).
A turbidez das águas pluviais de telhados verdes é altamente dependente dos materiais do
substrato (MORGAN et al, 2011). Além disso, como este estudo foi realizado durante os primeiros
meses do estabelecimento desses módulos de telhados verdes, pode ter havido um fenômeno inicial
de lixiviação. Isso é reforçado pelos resultados, que indicaram diminuição significativa nos níveis
de turbidez ao longo do experimento.
63
Tabela 5.3.5 – Valores de turbidez medidos nos quarto módulos.
Data Turbidez
(UNT) mod1 mod2 mod3 mod4
02/03/2017 Amostra nº 1 1,01 11,80 10,40 18,30
12/03/2017 Amostra nº 2 0,66 6,01 3,38 5,92
22/03/2017 Amostra nº 3 0,84 5,01 3,67 5,82
01/04/2017 Amostra nº 4 0,71 4,14 2,05 4,12
11/04/2017 Amostra nº 5 0,71 2,36 2,52 3,70
21/04/2017 Amostra nº 6 0,80 2,05 3,00 3,67
01/05/2017 Amostra nº 7 0,75 2,73 1,30 2,35
11/05/2017 Amostra nº 8 1,18 7,39 9,16 2,13
21/05/2017 Amostra nº 9 0,53 6,15 8,84 10,70
31/05/2017 Amostra nº 10 1,25 9,49 8,62 8,61
10/06/2017 Amostra nº 11 0,39 9,81 5,48 6,73
20/06/2017 Amostra nº 12 0,58 4,43 1,49 3,41
30/06/2017 Amostra nº 13 0,22 7,53 6,86 3,33
10/07/2017 Amostra nº 14 0,88 2,02 1,78 2,61
20/07/2017 Amostra nº 15 0,55 3,83 6,88 2,00
30/07/2017 Amostra nº 16 0,80 2,09 2,57 1,45
FONTE: Criação realizada pelo autor
64
Figura 5.3.3. Resultados da Turbidez.
FONTE: Criação realizada pelo autor
5.4 Sobrevida.
Um dos pontos negativos dos telhados verdes é a sua manutenção. Dependendo da sua
estrutura de suporte, faz-se necessário um sistema de irrigação para a sobrevivência da vegetação.
Oliveira et al, (2018) estimaram a quantidade, diária e mensal, de água necessária para a rega da
vegetação, nos telhados verdes extensivos. Comparando os valores de rega diária necessária com
o precipitado real, durante o ano de 2017, se vê claramente que os telhados verdes estudados nesta
pesquisa, baseado nos estudos de Oliveira et al (2018), são autossuficientes nos meses de chuva.
Os gráficos abaixo mostram quantitativamente os volumes precipitados.
Figura 5.4.1 – Comparação entre o volume de chuva precipitado e o volume de rega dos telhados
verdes, por dia de Janeiro/2017 a Dezembro/2017.
65
70
60
50
40
30
20
10
0
Precipitação real (mm)
Rega necessária (mm)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Precipitação real (mm)
Rega necessária (mm)
65
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Precipitação real (mm)
Rega necessária (mm)
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Precipitação real (mm)
Rega necessária (mm)
120
100
80
60
40
20
0
Precipitação real (mm)
Rega necessária (mm)
66
67
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Precipitação real (mm)
Rega necessária (mm)
14
12
10
8
6
4
2
0
Precipitação real (mm)
Rega necessária (mm)
FONTE: Criação do próprio autor.
Neste estudo, não foi necessário realizar rega durante o período chuvoso. De acordo com
os valores encontrados por Oliveira et al, (2018), a precipitação média mensal é maior que a
necessidade da vegetação. No mês de maio de 2017, houve um intervalo nas precipitações de 10
dias e a vegetação apresentou ressecamento..
O período chuvoso considerado de março a julho, Natal/RN obteve um volume
pluviométrico total de 1.282 mm, registrados pelo INMET e PUFRN, e o necessário para a
sobrevivência da grama, no mesmo período, é 635 mm (Oliveira et al., 2018). Em relação a média
diária de rega, a precipitação diária também supre a necessidade. Os módulos foram constituídos
no final do mês de fevereiro de 2017. Sobrevivendo apenas com a rega da chuva, apenas até
meados de agosto de 2017 onde a vegetação evidenciou sinais de ressecamento. O mod4
apresentou uma grama mais volumosa que o mod3. Isto se deve pela capacidade da
68
camada armazenadora de água presente no mod4. A água da chuva fica retida por mais tempo e a
grama tem acesso a essa água retida.
Figura 5.4.2. Sobrevida dos telhados verdes.
FONTE: Criação realizada pelo autor
63 69
6 CONCLUSÃO
O estudo experimental e estatístico desenvolvido a respeito do uso de telhados verdes no
clima litorâneo úmido na cidade de Natal/RN permitiu concluir que os telhados verdes degradam
os parâmetros pH, Condutividade elétrica e Turbidez. Observa-se que o pH é influenciado
principalmente pela vegetação e que a turbidez e a condutividade elétrica são influenciadas
principalmente pelo substrato. As partículas lixiviadas do substrato aumentam o valor desses três
índices de qualidade da água de chuva. Recomenda-se para pesquisas futuras um estudo de longo
prazo da qualidade da água coletadas dos telhados verdes, o que poderia incluir uma investigação
mais detalhada do fenômeno de lixiviação inicial e os efeitos da vegetação na qualidade do
escoamento de águas pluviais, e a análise de mais parâmetros. As análises apresentadas
comparativamente relativas à qualidade da água de chuva no período de 2007 a 2017 mostraram
que as águas da chuva da cidade de Natal/RN mantêm as mesmas características. O Ph não sofreu
alteração e se manteve na faixa entre 5 e 7. A análise da água da chuva coletada em Natal/RN
permitiu concluir que durante o período de 5 meses (março – julho) a água da chuva manteve a
mesma qualidade. Devido à baixa poluição atmosférica na região, a água da chuva de Natal
apresenta uma excelente qualidade. Desta forma, um bom uso para a água da chuva na região de
Natal seria sua captação e armazenamento para posterior uso em qualquer atividade que requeira
água não potável.
Em relação à intensidade da precipitação, a cidade de Natal apresenta valores entre 10 –
35 mm/h, concentradas durante o período noturno. As chuvas extremas de Natal variam entre 2 e
16 horas de duração, com duração mais frequente de 6 horas. Eventos extremos de precipitação
(EEP) são reconhecidos de forma adequadas utilizando a técnica dos quantis, dentre os 27 EEP
analisados neste trabalho, 18 foram noticiados na mídia e apenas três que ocorreram em mais 16
horas não causaram transtornos na cidade. Dependendo da intensidade e duração da precipitação,
ela pode causar transtornos à população provocando alagamentos agravados pela falta de
infraestrutura de drenagem compatível com a demanda de chuva, deslizamentos de terra, doenças
de vinculação hídrica, que em casos graves podem gerar perdas materiais e de vida.
Em relação à sobrevida dos telhados verdes, nos meses chuvosos não foi necessário rega
artificial para a sobrevivência da vegetação. Comprovou-se que a precipitação natural do clima
litorâneo úmido é suficiente de março a julho. A partir de agosto até fevereiro, precisa-se de rega
artificial. Sugere-se para pesquisas futuras, a elaboração de sistemas de reaproveitamento da água
captada pelos próprios telhados verdes.
63 70
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ANEXOS
Script da Anova: